新型钴基高温合金的组织结构与力学性能VIP免费

第26卷第4期2005年l2月洛有色金属SHANGHAINONFERROUSMETALSV01．26No．4Dec2005文章编号：1005—2046(2005)04—0160—04新型钴基高温合金的组织结构与力学性能邵卫东，严彪，毛彭龄(同济大学材料科学与工程学院，上海市金属功能材料开发应用重点实验室，上海200092)摘要：对新设计的三种新型钴基高温合金的组织结构及性能进行了研究。结果表明：钨作为合金的主要固溶元素，其含量必须控制在17，0％～18，5％的范围内，才能有效地起到固溶强化作用。过多的钨元素将形成大量的析出相，晶粒也因此而细化，虽然合金的室温强度会有所提高，但是在1200℃高温下，变得较为薄弱的大量晶界却使强度明显降低。关键词：钴基高温舍金；固溶强化；组织结构；力学性能；晶粒细化中图分类号：TG132．32文献标识码：A1引言从20世纪30年代后期起，英、德、美等国就开始研究高温合金。第二次世界大战期间，为了满足新型航空发动机的需要，高温合金的研究和使用进入了蓬勃发展时期。20世纪40年代初，英国首先在80Ni一20Cr合金中加入少量铝和钛，研制成第一种具有较高的高温强度的镍基合金。同一时期，美国开始用维塔利姆钴基合金制作发动机叶片。此外，美国还研制出因康镍基合金，用以制作喷气发动机的燃烧室。高温合金是指在600oC～1200℃高温下能承受一定应力并具有抗氧化或抗腐蚀能力的合金。可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。1940年，用超高温合金作涡轮叶片的第一批喷气发动机取代了活塞式发动机，从此，航空工业进入了新的历史时期。燃气涡轮旋转叶片流入的气体温度愈高，发动机的推力也就愈大。据统计，从1940年到1975年的35年当中，镍基超高温合金工作温度已经由700oC提高到1050℃左右。超高温镍基合金在发动机中的用量日益增加，现在已经用到发动机总重量的40％，在某些新式军用发动机中已经用到总重量的50％～60％。20世纪40年代以后，人们为进一步提高合金的高温强度，在镍基合金中加人钨、铝、钴等元素，增加铝、铁含量，研制出一系列牌号的合金。在钴基合金中加人镍、钨等元素，制出多种高温合金。钴基高温合金的抗氧化性能较差，但其抗热腐蚀能力比镍好；钴基高温合金的高温强度、抗热腐蚀性能、热疲劳性能和抗蠕变性能也比镍基高温合金要好¨。本文较为详细地研究了作者设计的几种新型钴基高温合金的组织结构和性能，为以后进一步开发研究新型钴基高温合金打下基础。2试验方法试验合金采用真空感应加电渣重熔方式冶炼，使用的原材料为0号镍、0号钴、铬和钨等纯金属料。合金在国产ZG150型150kg真空感应炉上冶炼成6980mm×800mm的电极棒，精炼时要求真空度达1．33×10Pa，精炼温度则控制在1560oC～1580℃。电极棒经表面精整和切除浇冒口后，再在DZ．150A型150Kg电渣炉上重熔成69180mm的电渣锭。电渣锭再加热，通过锻造开坯，机械打孔以收稿日期：2005．O1．12作者简介：邵卫东(1968一)，男，上海市人，工程师，硕士研究生，主要从事高温合金的研究。维普资讯http://www.cqvip.com第4期邵卫东等：新型钴基高温合金的组织结构与力学性能161及钢管拉拔，制成kb16mmX2mm的管材。合金管材在箱式炉中固溶处理，其中0号及GH3044合金固溶处理制度为1200℃X30min，空冷；0号、GH170、L．605和1号合金为1230℃X30min，空冷；2号和3号合金为1250℃X30min，空冷。对固溶处理后的管材进行室温和1200℃拉伸试验、组织分析和相分析。在WE．60型液压式万能材料试验机上进行室温拉伸试验，试样长度为180mm，试验标准为GB228；在WJ一10B型机械式万能试验机上进行1200℃拉伸试验，试样长度为150mm，试验标准为GB6395；在NEOPHOT．工型金相显微镜上进行金相试验，试验标准为GB6394；相分析试样尺寸为16mm×2mm×100mm，通过恒电流电解仪萃取分离出合金析出相，并在SIEMENSD500型全自动x射线衍射仪、180．80原子吸收光度计等仪器上进行晶体结构和成分分析。3结果与分析表1列出了4种牌号高温合金的成分及性能指标。由表1可以看到，钴基合金的高温抗拉强度要比镍基合金的高，含固溶元素少的合金其高温抗拉强度偏低。GH170合金即使含20％钨，其高温强度仍低于钨含量比它少的钴基合金。这是由于钴...