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高温合金制造工艺及处理

高温合金制造工艺
制造工艺不含或少含铝、钛的高温合金,一般采用电弧炉或非真空感应炉冶炼。含铝、钛高的高温合金如在大气中熔炼时,元素烧损不易控制,气体和夹杂物进入较多,所以应采用真空冶炼。为了进一步降低夹杂物的含量,改善夹杂物的分布状态和铸锭的结晶组织,可采用冶炼和二次重熔相结合的双联工艺。冶炼的主要手段有电弧炉、真空感应炉和非真空感应炉;重熔的主要手段有真空自耗炉和电渣炉。
固溶强化型合金和含铝、钛低(铝和钛的总量约小于 4.5%)的合金锭可采用锻造开坯;含铝、钛高的合金一般要采用挤压或轧制开坯,然后热轧成材,有些产品需进一步冷轧或冷拔。直径较大的合金锭或饼材需用水压机或快锻液压机锻造。
合金化程度较高、不易变形的合金,目前广泛采用精密铸造成型,例如铸造涡轮叶片和导向叶片。为了减少或消除铸造合金中垂直于应力轴的晶界和减少或消除疏松,近年来又发展出定向结晶工艺。这种工艺是在合金凝固过程中使晶粒沿一个结晶方向生长,以得到无横向晶界的平行柱状晶。实现定向结晶的首要工艺条件是在液相线和固相线之间建立并保持足够大的轴向温度梯度和良好的轴向散热条件(见金属的凝固)。此外,为了消除全部晶界,近年来还研究单晶叶片的制造工艺。
粉末冶金工艺
主要用以生产沉淀强化型和氧化物弥散强化型高温合金。这种工艺可使一般不能变形的铸造高温合金获得可塑性甚至超塑性。
综合处理
高温合金的性能同合金的组织有密切关系,而组织是受金属热处理控制的。高温合金一般需经过热处理。沉淀强化型合金通常经过固溶处理和时效处理。固溶强化型合金只经过固溶处理。有些合金在时效处理前还要经过一两次中间处理。固溶处理首先是为了使第二相溶入合金基体,以便在时效处理时使γ┡、碳化物(钴基合金)等强化相均匀析出,其次是为了获得适宜的晶粒度以保证高温蠕变和持久性能。固溶处理温度一般为1040~1220℃。目前广泛应用的合金,在时效处理前多经过1050~1100℃中间处理。中间处理的主要作用是在晶界析出碳化物和γ┡膜以改善晶界状态,与此同时有的合金还析出一些颗粒较大的γ┡相与时效处理时析出的细小γ┡相形成合理搭配。时效处理的目的是使过饱和固溶体均匀析出γ┡相或碳化物(钴基合金)以提高高温强度,时效处理温度一般为700~1000℃。
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