高溫合金鍛件常見的缺陷與對策

       高溫合金主要用于制造燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的重要零件，如渦輪葉片、渦輪盤、承力環(huán)、火焰筒安裝座等。此類零件不僅要求具有很高的高溫性能和良好的疲勞性能，而且要求具有抗氧化、抗腐蝕性能和一定的塑性。

       變形高溫合金可分為鐵基、鎳基和鈷基合金三類，這里主要介紹前兩類。

       我國鍛造鍛件常用的合金牌號有GH30、GH32、GH33、GH34、GH36、GH37、GH43、GH49、GH130、GH135、GH140和GH220等。其中GH34、GH36、GH130、GH135、GH140是鐵基離溫合金，其余的是鎳基高溫合金。在這些高溫合金中含有大量的Cr、Ni、Ti、Al、W、Mo、V、Co,Nb、B、Ce等合金元素。就鐵基高溫合金來說，加入較多的Cr是為保證合金在高溫下的杭氧化能力；加入較多的鎳，一方面是為保證得到奧氏體基體，另一方而是與鈦、鋁生成合金的主要強(qiáng)化相Ni3(Ti、Al，還有一個(gè)方面是鎳和鉻配合使用能夠提高合金的抗氧化能力；加人高熔點(diǎn)的金屬元素如W、Mb、V、Co等來提高合金的再結(jié)晶溫度；加人W、Mo、V、Nb等強(qiáng)烈的碳化物形成元素和合金中微量的碳作用，生成高度分散的高熔點(diǎn)的碳化物粒子，它們主要分布在晶界處，是強(qiáng)化相；加人硼是為了生成硼和金屬元素間的硼化物，硼化物分布在晶界處，是強(qiáng)化晶界的主要強(qiáng)化相；鈰的加入是為了進(jìn)一步淸除液態(tài)合金中的雜質(zhì)元素，因而使合金晶界處得到凈化，有較緊密的結(jié)合，有較高的強(qiáng)度。

       我國高溫合金特別是鎳基耐熱合金的冶煉方法主要是電弧爐、電弧爐+真空自耗、電弧爐+電渣重熔。為了提高合金的純度以提高合金的性能，往往采用電弧爐+真空自耗。但該種冶煉方法往往由于雜質(zhì)少，易出現(xiàn)粗晶缺陷。

       耐熱合金鑄錠中存在的冶金缺陷較多，例如鑄錠中柱狀組織較為發(fā)達(dá)，存在顯微疏松和枝狀疏松以及各種宏觀及微觀不均勻組織，致使鑄態(tài)合金的性能較低，經(jīng)過熱塑性變形后合金的性能有較大提高，隨總變形程度增大，高溫合金縱向纖維式樣的力學(xué)性能，也和普通結(jié)構(gòu)鋼一樣有規(guī)律地提高，但其橫向試樣的力學(xué)性能不像結(jié)構(gòu)鋼那樣劇烈下降，而是變化較小。這是由于：具有均勻固溶體的單相高溫合金，在變形及隨后的再結(jié)晶所獲得的晶體位向與主變形方向僅有較小的重合，這就減小了纖維縱向和橫向力學(xué)性能之間的差別。面結(jié)構(gòu)鋼通常具有多相組織，在塑性變形過程中所獲得的縱向上的方向性組織在再結(jié)晶后仍部分地保留下來，加之結(jié)構(gòu)鋼的雜質(zhì)較多，它們沿縱向被拉長，這就使得其縱向和橫向性能間的差別較大。

       鍛造鍛件時(shí)為了獲得較高的力學(xué)性能，高溫合金的總壓縮比通?？刂圃?~10范圍內(nèi)。

       晶粒尺寸對高溫合金的性能有較大影響，從室溫力學(xué)性能的角度看，晶粒愈細(xì)愈好。例如GH135合金，當(dāng)晶粒度從4~6級細(xì)化到7~9級時(shí)，室溫疲勞強(qiáng)度從290MPa提高到400MPa,但從高溫性能角度看，晶粒適當(dāng)粗些可使晶界總面積減少，有利于提高合金的持久強(qiáng)度。對于高溫合金來說，晶粒大小不均勻是最有害的，它將使持久強(qiáng)度和抗蠕變強(qiáng)度顯著降低。因此，綜合晶粒度對室溫和高溫性能的影響，取均勻適中晶粒為宜。

       高溫合金鍛件晶粒的最終尺寸除與固溶溫度等有關(guān)外，還與固溶前鍛件的組織狀態(tài)有很大關(guān)系。如果鍛后是未再結(jié)晶的組織，而且處于臨界變形程度時(shí)，固溶處理后將形成粗大晶粒：如果鍛后是完全再結(jié)晶組織，固溶處理后一般可以獲得較細(xì)較均勻的晶粒；如果鍛后是不完全再結(jié)晶組織，固溶處理后晶粒將是大小不均勻的。鍛件的組織狀態(tài)取決于鍛造溫度和變形程度，應(yīng)注意控制。