TC21钛合金高温热变形行为研究

TC21钛合金高温热变形行为研究
TC21钛合金高温热变形行为研究

变形高温合金的特性、分类及用途

科技名词定义 塑性变形 科技名词定义 中文名称:塑性变形 英文名称:plastic deformation 定义:岩体、土体受力产生的、力卸除后不能恢复的那部分变形。 应用学科:水利科技(一级学科);岩石力学、土力学、岩土工程(二级学科);土力学(水利)(三级学科) 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 塑性变形(Plastic Deformation),的定义是物质-包括流体及固体在一定的条件下,在外力的作用下产生形变,当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。

目录 介绍 机理 影响 介绍 机理 影响 展开 编辑本段介绍 材料在外力作用下产生而在外力去除后不能恢复的那部分变形 塑性变形 。材料在外力作用下产生应力和应变(即变形)。当应力未超过材料的弹性极限时,产生的变形在外力去除后全部消除,材料恢复原状,这种变形是可逆的弹性变形。当应力超过材料的弹性极限,则产生的变形在外力去除后不能全部恢复,而残留一部分变形,材料不能恢复到原来的形状,这种残留的变形是不可逆的塑性变形。在锻压、轧制、拔制等加工过程中,产生的弹性变形比塑性变形要小得多,通常忽略不计。这类利用塑性变形而使材料成形的加工方法,统称为塑性加工。 编辑本段机理 固态金属是由大量晶粒组成的多晶体,晶粒内的原子按照体心立方、面心立方或紧密六方等方式排列成有规则的空间结构。由于多种原因,晶粒内的原子结构会存在各种缺陷。原

塑性变形 子排列的线性参差称为位错。由于位错的存在,晶体在受力后原子容易沿位错线运动,降低晶体的变形抗力。通过位错运动的传递,原子的排列发生滑移和孪晶(图1)。滑移是一部分晶粒沿原子排列最紧密的平面和方向滑动,很多原子平面的滑移形成滑移带,很多滑移带集合起来就成为可见的变形。孪晶是晶粒一部分相对于一定的晶面沿一定方向相对移动,这个晶面称为孪晶面。原子移动的距离和孪晶面的距离成正比。两个孪晶面之间的原子排列方向改变,形成孪晶带。滑移和孪晶是低温时晶粒内塑性变形的两种基本方式。多晶体的晶粒边界是相邻晶粒原子结构的过渡区。晶粒越细,单位体积中的晶界面积越大,有利于晶间的移动和转动。某些金属在特定的细晶结构条件下,通过晶粒边界变形可以发生高达300~3000%的延伸率而不破裂。 编辑本段影响 金属在室温下的塑性变形,对金属的组织和性能影响很大,常会出现加工硬化、内应力和各向异性等现象。 加工硬化 塑性变形引起位错增殖,位错密度增加,不同方向的位错发 塑性变形力学原理 生交割,位错的运动受到阻碍,使金属产生加工硬化。加工硬化能提高金属的硬度、强度和变形抗力,同时降低塑性,使以后的冷态变形困难。

GH4169 镍基变形高温合金资料

GH4169 镍基变形高温合金资料 中国牌号:GH4169/GH169 美国牌号:Inconel 718/UNS NO7718 法国牌号:NC19FeNb 一、GH4169概述 GH4169合金是以体心四方的γ"和面心立方的γ′相沉淀强化的镍基高温合金,在-253~700℃温度范围内具有良好的综合性能,650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位, 并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能,以及良好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性,能够制造各种形状复杂的零部件,在宇航、核能、石油工业中,在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。 该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感,掌握合金中相析出和溶解规律及组织与工艺、性能间的相互关系,可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程,就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。供应的品种有锻件、锻棒、轧棒、冷轧棒、圆饼、环件、板、带、丝、管等。可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等零部件在航空上长期使用。 1.1 GH4169 材料牌号 GH4169(GH169)

1.2 GH4169 相近牌号 Inconel 718(美 国),NC19FeNb(法国) 1.3 GH4169 材料的技术标准 1.4 GH4169 化学成分该合金的化学成分分为3类:标准成分、优质成分、高纯成分,见表1-1。优质成分的在标准成分的基础上降碳增铌,从而减少碳化铌的数量,减少疲劳源和增加强化相的数量,提高抗疲劳性能和材料强度。同时减少有害杂质和气体含量。高纯成分是在优质标准基础上降低硫和有害杂质的含量,提高材料纯度和综合性能。 核能应用的GH4169合金,需控制硼含量(其他元素成分不变),具体含量由供需双方协商确定。当ω(B)≤0.002%时,为与宇航工业用的GH4169合金加以区别,合金牌号为GH4169A。 表 1-1[1]%

基于CPFEM的TA15钛合金高温塑性变形研究

基于CPFEM的TA15钛合金高温塑性变形研究晶体塑性理论将晶体塑性变形的物理机制及变形几何学与单晶或多晶的弹塑性本构方程相结合,从介观尺度(即晶粒尺度)上解释材料的各种塑性变形行为。将晶体塑性理论与有限元方法相结合的方法称为晶体塑性有限元方法(Crystal Plastic Finite Element Method,CPFEM),该方法从材料变形的物理机制出发,可以较为准确的反映材料的微观特性。 目前晶体塑性有限元模拟已成为力学界和材料界的研究热点。钛与钛合金是一种重要的结构材料,以其优异的性能广泛应用在航空航天等领域。 钛有两种同素异构晶型:密排六方(HCP)点阵的α-Ti相和体心立方(BCC)点阵的β-Ti相,由于晶格类型不同,其变形机制差别较大。文中综合采用了有限元方法、晶体塑性理论、元胞自动机等现代科学技术方法。 从介观尺度出发,根据合金微观晶格结构的不同,研究新型近α型钛合金—TA15钛合金的高温塑性变形,研究在相变点温度以上及以下的TA15钛合金高温的高温塑性变形行为。文中采用元胞自动机方法得到了相变点上的TA15钛合金的初始晶粒形貌。 建立了适用于变形温度在相变点以上的TA15合金的高温塑性变形的晶体塑性有限元模型。模拟结果表明多晶体在塑性变形的过程中,晶粒与晶粒之间以及晶粒内部的应力分布存在着明显的差异,晶粒内部与晶粒外部的塑性变形非常不均匀。 通过对滑移系上的剪应变进行分析表明由于各晶粒的取向不同和晶粒间的取向差的差异,不同晶粒的滑移系开动情况差别很大;在同一晶粒内部,由于需要协调相邻晶粒的应变情况,因此滑移系开动的程度也不完全相同。建立了适用

TA15钛合金高温变形行为研究

TA15钛合金高温变形行为研究 TA15钛合金的名义成分为Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V,属于高Al当量的近α型钛合金。该合金既具有α型钛合金良好的热强性和可焊性,又具有接近于α+β型钛合金的工艺塑性,是一种综合性能优良的钛合金,被广泛用于制造高性能飞机的重要构件。对金属热态加工过程进行数值模拟,需要确定材料对热力参数的动态响应特征,即材料的流动应力与热力参数之间的本构关系,这对锻造工艺的合理制定,锻件组织的控制以及成型设备吨位的确定具有科学和实际的指导意义。 中国船舶重工集团公司725所的科研人员以TA15合金的热模拟压缩试验为基础,研究了变形工艺参数对TA15合金高温变形时流动应力的影响,这些研究对制定合理的TA15合金锻造热加工工艺,有效控制产品的性能、提高产品质量提供了借鉴。 热模拟压缩试验所用材料为轧制态Φ55mmTA15合金棒材,相变点为995±5℃,将该棒料切割加工成Φ8mm×12mm的小棒料进行试验。研究结果表明:(1)TA15合金在高温变形过程中,流动应力首先随应变的增大而增加,达到峰值后再下降,最后趋于稳定值。同一应变速率下,随着变形温度的升高,合金的流动应力降低;同一变形温度下,随着应变速率的减小,合金的流动应力减小。(2)TA15合金属于热敏感型和应变速率敏感型材料。应变速率较小时,变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较小;应变速率较大时,变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较大。变形温度较低时,应变速率对稳态应力和峰值应力的影响较大;变形温度较高时,应变速率对稳态应力和峰值应力的影响较小。(3)建立了TA15合金高温变形时的流动应力本构方程,经显著性检验和相关系数检验,证明所建立的方程具有较好的曲线拟合特性,方程的计算值与实验数据吻合较好。

铸态奥氏体不锈钢的热变形行为

第37卷第1期仓扁学垃Vol?37No.12001年1月ACTAMETALLURGICASINICAJanuary200l铸态奥氏体不锈钢的热变形行为 毛萍莉,引杨柯-)苏国跃? 1)中国科学院金属研究所.沈阳110016 2)沈阳工业大学材料学院,沈阳l10023 摘要采用热压缩实验研究r铸态18—8型奥氏体不错钢在10001200c温度区间,整形速率在5xlO一3--lxl0—1s1 之间的热变形行为.获得了在热变形条件下该不锈钢的热变形方程式及其它热变形参敦比较丁铸志与锻志奥氏体不锈钢的热变形 行为.结果表明,铸志奥氏体不锈钢的热变形需要更高的流变应力,但当温度较高和变形速率较小时,两者间的差别逐渐减小 关t词铸态奥氏体不锈钢.热变形,同复、再结晶 中圈法分类号TGl4271,TGl42.25文献标识码A文章编号0412—1961(2001)01—0039—03 HOTDEFoRMATIoNBEHAVl0RoFAS—CAST AUSTENITICSTAINLESSSTEEL 圳0 Pingli 1,扪.yAⅣG地“,SUGuoyue1j 11InstituteofMetalResearch,TheChineseAcademyofSciencesIShenyang110016 21CollegeofMetalMaterials,ShenyangUniversityofTechnology,Shenyang110023 Correspondem:MA0Pingli,Rt:(024)e3843531—554io,Fax."(02{}2389l320 E-mail:plmao@imr.accn Manuscriptreceived2000一)6—02,inrevisedform2000-09_04 ABSTRACTHotdeformationbehaviorofanascast18—8typeausteniticstainlesssteelwaslaves— tigatedinastrainraterangeof5×1031x101s一1andat atemperaturerangeof10001200℃by hotcompressiontesting.Thehotdeformationequation,anddeformationparameterswereobtainedbyusingthetestingresultsThediⅡ;fenceofhotdeformationbehaviorbetweentheas—castandas—wro(19htsteels-Ⅳascomparedandtheresultindicatesthattheflowstressofhotdeformationfortheas-caststeelishigherthanthatfortheaswroughtsteelbuttheirdifierencebecomessmallerwhenthedeformationtemperatureishigherandthestrainrateislower. KEYWORDSascastausteniticstainlesssteel,hotdeformation,recoveryandrecrystallization 金属及合金在高温热变形过程中,由于动态回复和动态再结晶消除了加工硬化所积聚的位错,提高了金属及合金的热塑性,使金属及合金易于形变成形热挤压过程属于材料的高温热变形成型,在适当的变形条件下,经动态回复及动态再结晶,晶粒组织细化,材料的强度和塑性得到提高.奥氏体不锈钢具有较好的高温变形性能.已有多人对奥氏体不锈钢的锻态及热轧态的变形行为进行了研究l卜…,而对铸态奥氏体不锈钢热变形行为涉及较少 本工作利用热压缩实验研究了铸态18—8型奥氏体不锈钢的热变形行为,为发展和利用热挤压工艺对铸态奥氏体不锈钢进行直接热挤压成型技术提供了理论依据 ’中国科学院和辽宁省科委青年科学基金资助项目 收到初稿日期:2000-06-02,收到修改稿日期:2000-09_04作者简介:毛萍莉,女1969年生,博士生 1实验方法 实验材料为利用感应炉熔炼后浇铸成直径为83rain,壁厚为29.5mill及长度为370mm的188型奥氏体不锈钢空心铸造管坯 实验用钢的化学成分(质量分数,%)为:Co.064,Si0.43,Mn0.95,S0012,P0028Cr18.8,Ni825.Ti0.01. 采用线切割方法从铸态管坯上截取直径为8mnl,长为12mm的试样,试洋的压缩轴垂直于柱状晶方向实验杠Gleeble1500热模拟试验机上进行热压缩实验温度分别为1000,1150和1200℃:变形速率分别为1x10~,5×10,1xi0_2和5×10_3S.实验时将所有试样在o5min内加热到1200℃,保温2min,再以10℃/s的速度降到变形温度,保温lrain后连续压缩变形,变形后立即淬水,保持高温时的变形及再结晶组织  万方数据

钛合金表面处理

钛合金表面处理 引言 钛在高温下易于与空气中的O、H、N等元素及包埋料中的Si、Al、Mg等元素发生反应,在铸件表面形成表面污染层,使其优良的理化性能变差,硬度增加、塑性、弹性降低,脆性增加。 钛的密度小,故钛液流动时惯性小,熔钛流动性差致使铸流率低。铸造温度与铸型温差(300℃)较大,冷却快,铸造在保护性气氛中进行,钛铸件表面和内部难免有气孔等缺陷出现,对铸件的质量影响很大。 因此,钛铸件的表面处理与其它牙用合金相比显得更为重要,由于钛的独特的理化性能,如导热系数小、表面硬度、及弹性模量低,粘性大,电导率低、易氧化等,这对钛的表面处理带来了很大的难度,采用常规的表面处理方法很难达到理想的效果。必须采用特殊的加工方法和操作手段。 铸件的后期表面处理不仅是为了得到平滑光亮的表面,减少食物及菌斑等的积聚和粘附,维持患者的正常的口腔微生态的平衡,同时也增加了义齿的美感;更重要的是通过这些表面处理和改性过程,改善铸件的表面性状和适合性,提高义齿的耐磨、耐蚀和抗应力疲劳等理化特性。 一、表面反应层的去除 表面反应层是影响钛铸件理化性能的主要因素,在钛铸件研磨抛光前,必须达到完全去除表面污染层,才能达到满意的抛光效果。通过喷砂后酸洗的方法可完全去除钛的表面反应层。 1. 喷砂:钛铸件的喷砂处理一般选用白刚玉粗喷较好,喷砂的压力要比非贵金属者较小,一般控制在0.45Mpa以下。因为,喷射压力过大时, 砂粒冲击钛表面产生激烈火花,温度升高可与钛表面发生反应,形成二次污染,影响表面质量。时间为15~30秒,仅去除铸件表面的粘砂、表面烧结层和部分和氧化层即可。其余的表面反应层结构宜采用化学酸洗的方法快速去除。 2. 酸洗:酸洗能够快速完全去除表面反应层,而表面不会产生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于钛的酸洗,但 HF—HCl系酸洗液吸氢量较大,而HF—HNO3系酸洗液吸氢量小,可控制HNO3的浓度减少吸氢,并可对表面进行光亮处理,一般HF的浓度在3%~5 %左右,HNO3的浓度在15%~30%左右为宜。 二、铸造缺陷的处理 内部气孔和缩孔内部缺陷:可等热静压技术(hot isostatic pressing)去除, 但

岩体的变形与破坏的本构关系

第三章岩体的变形与破坏 变形:不发生宏观连续性的变化,只发生形、体变化。 破坏:既发生形、体变化、也发生宏观连续性的变化。 1.岩体变形破坏的一般过程和特点 (1)岩体变形破坏的基本过程及发展阶段 ①压密阶段(OA段): 非线性压缩变形—变形对应力的变化反应明显; 裂隙闭合、充填物压密。 应力-应变曲线呈减速型(下凹型)。 ②弹性变形阶段(AB段): 经压缩变形后,岩体由不连续介质转变为连续介质; 应力-应变呈线性关系; 弹性极限B点。 ③稳定破裂发展阶段(BC段): 超过弹性极限(屈服点)后,进入塑性变形阶段。 a.出现微破裂,随应力增长而发展,应力保持不变、破裂则停止发展; b.应变:侧向应变加速发展,轴向应变有所增高,体积压缩速率减缓(由于微破裂的出现);

④不稳定破裂发展阶段(CD段): 微破裂发展出现质的变化: a.破裂过程中的应力集中效应显著,即使是荷载应力保持不变,破裂仍会不断地累进性发展; b. 最薄弱部位首先破坏,应力重分布导致次薄弱部位破坏,直至整体破坏。“累进性破坏”。 c. 应变:体积应变转为膨胀,轴向及侧向应变速率加速增大; ※结构不均匀;起始点为“长期强度”; ⑤强度丧失、完全破坏阶段(DE段): 破裂面发展为宏观贯通性破坏面,强度迅速降低, 岩体被分割成相互分离的块体—完全破坏。 (2)岩体破坏的基本形式 ①张性破坏(图示); ②剪切破坏(图示):剪断,剪切。 ③塑性破坏(图示)。 破坏形式取决于:荷载条件、岩体的岩性及结构特征; 二者的相互关系。 ①破坏形式与受力状态的关系: a.与围压σ3有关: 低围压或负围压—拉张破坏(图示); 中等围压—剪切破坏(图示); 高围压(150MN/m2=1500kg/cm2)—塑性破坏。 的关系: b.与σ 2 σ2/σ 3 <4(包括σ 2 =σ3),岩体剪断破坏,破坏角约θ=25°; σ2/σ 3 >8(包括σ 2 =σ1):拉断破坏,破坏面∥σ1,破坏角0°; 4≤σ2/σ3≤8:张、剪性破坏,破坏角θ=15°。 ②破坏形式与岩体结构的关系: 完整块体状—张性破坏; 碎裂结构、碎块结构—塑性破坏; 裂隙岩体—取决于结构面与各主应力之间的方位关系。

高温钛合金

高温钛合金性能要求 请帮忙推荐满足以下条件的高温钛合金,可以是一种合金同时满足4个温度条件的使用,也可是每个温度条件使用不同的合金。 性能要求如下: (1)常温塑性≥5%。 (2)高温性能 分别在550℃、600℃、650℃、700℃下满足σb≥520MPa,σ0.2≥420 MPa。 (3)持久性能 应力为450 MPa,分别在550℃、600℃、650℃、700℃下保持0.5h/1h/2h 不断。 (4)蠕变性能 应力为450 MPa,分别在550℃、600℃、650℃、700℃下, 保持0.5h,残余变形量≤1.6%; 保持1h,残余变形量≤3%; 保持2h,残余变形量≤5%。 一、目前已有的高温钛合金 (1)名义成分

600℃高温钛合金的室温力学性能 600℃高温钛合金的高温力学性能(600℃) 600℃高温钛合金的蠕变性能(600℃) 600℃高温钛合金Ti-600合金的持久性能(φ14mm棒材) 600℃高温钛合金Ti-600热稳定性能(φ14mm棒材)

550℃高温钛合金的力学性能 * 540℃,300MPa,100h应力热暴露后室温拉伸性能; ** 试验条件:540℃,300MPa,100h,ε≤0.1%。 *** TTi-53311S合金550℃,100h,302.1MPa蠕变残余变形,0.186% 二、现状 (1)应用现状 Ti-1100合金是在Ti-6242S合金成分的基础上,通过调整A1、Sn、Mo和Si元素的含量,Ti-1100合金已用于制造莱康明公司T55—712改型发动机的高压压气机轮盘和低压涡轮叶片等零件。 IMI829合金已用于RB211-535E4发动机的高压压气机,取代了RB211-535C上的镍基合金材料。IMI834合金已在多种发动机上得到了试验和应用,如波音777飞机选用的民用大型发动机Trent700(湍达)的高压压气机的所有轮盘、鼓筒及后轴,EJ200发动机的高压压气机转子也采用了IMI834合金。IMI834也正用于普惠公司的PW350发动机上。 俄罗斯推荐BT25Y用于航空发动机高压压气机450~550℃下使用的轮盘和转子叶片,推荐BT18Y用于550~600℃下使用的轮盘。BT36还没获得应用。 我国550℃下获得应用的钛合金有Ti-53311S(西北院),7715D(上钢),两合金均用于航天发动机;Ti-55(金属所)已在试车阶段(航空),Ti-633G(西北院)没获得应用。600℃的钛合金均在试验室研究阶段。 (2)未来发展 目前,现有钛合金的使用温度已基本达到其上限,600℃以上使用环境下,一是改变现有合金设计理念,重新设计合金;二是考虑使用镍基高温合金、Ti-Al金属间化合物。 Ti-Al金属间化合物有以α2为基的Ti3Al和以γ为基的TiAl,据称,Ti3Al基金属间化合物的使用温度在650℃以上,TiAl基金属间化合物的正常使用温度为700℃,短时可用到900℃。但Ti-Al金属间化

GH3039 镍基变形高温合金资料

GH3039 镍基变形高温合金资料 中国牌号:GH3039/GH39 俄罗斯牌号:ЭИ602/XH75MБГЮ 一、GH3039概述 GH3039为单相奥氏体型固溶强化合金,在800℃以下具有中等的热强性和良好的热疲劳性能,1000℃以下抗氧化性能良好。长期使用组织稳定,还具有良好的冷成形性和焊接性能。适宜于850℃以下长期使用的航空发动机燃烧室和加力燃烧室零部件。该合金可以生产板材、棒材、丝材、管材和锻件。 1.1 GH3039 材料牌号 GH3039(GH39) 1.2 GH3039 相近牌号ЭИ602,ХН75МБГЮ(俄罗斯) 1.3 GH3039 材料的技术标准 1.4 GH3039 化学成分见表1-1。 表 1-1%

注:1.合金中允许有Ce存在。 2.合金中ω(Cu)=0.20%。 1.5 GH3039 热处理制度热轧及冷轧板材和带材固溶处理:1050~1090℃,空冷。棒材及管材固溶处理:1050~1080℃,空冷或水冷。 1.6 GH3039 品种规格和供应状态可以供应各种规格的热轧板、冷轧板、带材、棒材、丝材、管材、和锻件。板材、带材和管材固溶处理和酸洗后交货。丝材于冷加工状态或固溶状态供应棒材不热处理交货。 1.7GH3039 熔炼和铸造工艺合金采用电弧炉熔炼、电弧炉或非真空感应炉加电渣重熔或真空电弧重熔以及真空感应炉加电渣或真空电弧重熔工艺。 1.8GH3039 应用概况与特殊要求用该合金材制作的航空 发动机燃烧室及加力燃烧室零部件,经过长期的生产和使用考验,使用性能良好。 二、GH3039 物理及化学性能 2.1 GH3039 热性能 2.1.1 GH3039 热导率见表2-1。 表 2-1[1]

高温合金GH4169

常州市天志金属材料有限公司 一、GH4169 概述 GH4169合金是以体心四方的γ"和面心立方的γ′相沉淀强化的镍基高温合金,在-253~700℃温度范围内具有良好的综合性能,650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位,并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能,以及良好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性,能够制造各种形状复杂的零部件,在宇航、核能、石油工业中,在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。 该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感,掌握合金中相析出和溶解规律及组织与工艺、性能间的相互关系,可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程,就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。供应的品种有锻件、锻棒、轧棒、冷轧棒、圆饼、环件、板、带、丝、管等。可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等零部件在航空上长期使用。 1.1 GH4169 材料牌号 GH4169(GH169) 1.2 GH4169 相近牌号 Inconel 718(美国),NC19FeNb(法国) 1.3 GH4169 材料的技术标准 GJB 2612-1996 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》 HB 6702-1993 《WZ8系列用GH4169合金棒材》 GJB 3165 《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》 GJB 1952 《航空用高温合金冷轧薄板规范》 GJB 1953《航空发动机转动件用高温合金热轧棒材规范》 GJB 2612 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》 GJB 3317《航空用高温合金热轧板材规范》 GJB 2297 《航空用高温合金冷拔(轧)无缝管规范》 GJB 3020 《航空用高温合金环坯规范》 GJB 3167 《冷镦用高温合金冷拉丝材规范》 GJB 3318 《航空用高温合金冷轧带材规范》 GJB 2611《航空用高温合金冷拉棒材规范》 YB/T5247 《焊接用高温合金冷拉丝》 YB/T5249 《冷镦用高温合金冷拉丝》 YB/T5245 《普通承力件用高温合金热轧和锻制棒材》 GB/T14993《转动部件用高温合金热轧棒材》 GB/T14994 《高温合金冷拉棒材》 GB/T14995 《高温合金热轧板》 GB/T14996 《高温合金冷轧薄板》 GB/T14997 《高温合金锻制圆饼》 GB/T14998 《高温合金坯件毛坏》 GB/T14992 《高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号》 HB 5199《航空用高温合金冷轧薄板》 HB 5198 《航空叶片用变形高温合金棒材》 HB 5189 《航空叶片用变形高温合金棒材》 HB 6072 《WZ8系列用GH4169合金棒材》

高温钛合金的特性及其在航空发动机中的应用

技术应用 Technical application ·93· 中国高新科技 2019年第39期 高温钛合金的特性及其在航空发动机中的应用 0 引言 钛合金具有耐腐蚀性好、密度低、强度高、耐热性高等诸多优点,高温钛合金指一般长时间使用温度高于400℃的钛合金,相较普通钛合金具有更好的比强度、高温蠕变抗力、疲劳强度、持久强度和组织稳定性。由于航空发动机中的零部件处于高温、高压、高转速的极端环境中,因而要求材料具有耐高温、重量轻及抗蠕变能力强等特点。高温钛合金凭借其优异的材料力学特性可以很好地满足航空发动机的这些要求,并且可以很好地提高发动机的推重比及燃油效率。随着航空发动机高推重比的要求越来越高,其内部的工作温度和压强越来越高,对高温钛合金特性提出了更加严苛的要求。目前工程上应用比较成熟的钛合金,比如英国的IMI834钛合金,最高使用温度已经达到600℃左右。目前高温钛合金的使用已经成为衡量航空发动机先进程度的指标之一。本文重点阐述了高温钛合金的高温力学性能及其在航空发动机上的应用,并对我国如何发展高温钛合金提供一些思路。 1 高温钛合金的特性 1.1 高温钛合金的氧化行为 由于航空发动机是在高温下工作的,其中的高温钛合金部件会承受氧化腐蚀的作用,钛合金的高温力学性能也受其抗氧化腐蚀能力的制约。钛合金的氧化会在其表面形成一层氧化膜,使得金属内部与外界环境隔离,性质较稳定,不会被进一步氧化,但随着温度的升高,表面氧化膜的循环层状剥落。钛合金在高温应用时由于受到氧化腐蚀作用的影响,其高温力学性能会有所下降。李旭升等总结了使用温度在500℃~750℃的高温钛合金的氧化行为,研究表明温度对高温钛合金的氧化速率有很大的影响,在氧化初期氧化增重呈直线型变化,随着氧化层的增重,化学反应速率减小,呈抛物线形增重,并且氧化膜的组成除TiO 2外还有Al2O 3。曾尚武等研究了TC4钛合金的高温氧化行为,研究发现TC4在650℃的氧化膜中能够在循环氧化时保持完整,但在更高温度时可能会开裂和剥落。目前有多种提高高温钛合金抗氧化能力的方法,如在纯钛加入其他合 金元素,制成多种新型钛合金。如加入铝元素,形成一层致密的氧化膜,保护钛合金免受氧化腐蚀,从而提高钛合金的高温抗氧化能力,此外,硅元素及铬元素同样可以形成氧化膜。然而过度的合金化也会影响材料的物理性质,在提高高温钛合金抗氧化能力的同时,高温钛合金的其他高温力学性能可能也会受到影响,使其无法很好地应用在航空发动机中,因此如何合理地添加合金元素还需要继续进行研究。另外一种方法是在钛合金表面填涂具有抗高温氧化的材料,比如通过在TC4高温钛合金表面进行渗铝的形式可以很好地提高其高温抗氧化能力,此外还有预氧化等方法也可以提高抗氧化能力。但目前每种方法都有一定的局限性,需要综合运用多种抗氧化措施来保证高温钛合金的高温力学性能。 1.2 高温钛合金的疲劳特性 在航空发动机中结构或零件承受的主要是交变载荷,疲劳失效是主要的失效模式。张亚娟等通过试验研究了Ti-6Al-4V钛合金的疲劳裂纹扩展特性,研究表明随着应

变形高温合金的特性

变形高温合金的特性、分类及用途 高温合金是根据航空喷气发动机的需要而发展起来的一种金属材料,它可在600~1100℃的高温氧化和燃气腐蚀条件下,承受复杂应力,并长期可靠地工作。主要用于航空发动机的热端部件,也是航天火箭发动机、工业燃气轮机、能源和化工等工业的重要材料。在先进的航空发动机中,高温合金的用量占金属材料总用量的40%~60%。在先进工业国家,如美国,航空航天用高温合金占其总用量的85%左右。 高温合金是一种兼有热稳定性和热强性的合金。热稳定性是指金属材料在高温下抗氧化或抗气体腐蚀的能力;而热强性是指金属材料在高温下抵抗塑性变形和断裂的能力。金属的热稳定性常用称重法来评定,在高温下金属单位时间、单位面积上的失重或增重越大,表示抗氧化性越差,即热稳定性越差。热强性的评定指标包括蠕变极限、持久强度、高温瞬时强度、高温疲劳强度等。蠕变极限表征在高温、长期载荷作用下,材料抵抗塑性变形的能力;持久强度表征在高温、长期载荷作用下,材料抵抗断裂的能力;高温瞬时强度(σb和σ0.2)表征高温下材料在瞬时过载时抵抗塑性变形和断裂的能力;高温疲劳强度是指在规定循环次数下(一般为107次)不引起断裂的应力。 高温合金分为变形高温合金和铸造高温合金。变形合金按基体元素的不同,可分为铁基变形高温合金、镍基变形高温合金和钴基变形高温合金,按合金的高温性能、成形特点及用途的不同,变形高温合金又可分为热稳定变形高温合金和热强变形高温合金。热稳定变形高温合金的特点是热稳定性很高,通常在固溶状态下使用,强度虽不高,但塑性很好,可顺利地进行深冲压,主要用于受力不大而工作温度很高的零件,例如燃烧室火焰筒及加力燃烧室等。热强变形高温合金的特点是热强度较高,通常在淬火、时效状态下使用,主要用于高温下承受大载荷及复杂应力的零件,例如涡轮叶片、涡轮盘等。 我国的新标准规定,变形高温合金的牌号以汉语拼音字母“GH”后接四位阿拉伯数字来表示。“GH”后第一位数字表示分类号,其中1表示固溶强化型铁基合金;2表示时效强化型铁基合金;3表示固溶强化型镍基合金;4表示时效强化型镍基合金。“GH”后第二、三、四位数字表示合金的编号。例如GH2036,GH4033等,其相应的旧牌号为GH36,GH33等。 我国于20世纪50年代开始研制高温合金,到目前已有40多种变形高温合金。航空工业中常用的铁基、镍基变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度,见表1和表2。 燃烧室用合金主要有GH3030、GH3039、GH1140、GH3044、GH1015、GH1016、GH22、GH163、GH2302、GH170等。涡轮工作叶片大多采用时效强化型变形合金,如GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH151、GH143、GH2130、GH2302、GH738、GH118、GH220、GH710等。涡轮盘材料大多采用铁-镍基沉淀强化合金(750℃以下),如温度更高,则采用镍基合金或粉末涡轮盘材料。涡轮盘常用合金有GH2036、GH4033、GH2132、GH2135、GH901、GH4133、GH761、GH698、GH710等。

【研究】GH4133B镍基变形高温合金

GH4133和GH4133B是Ni-Cr基沉淀硬化型bai变形高温合金,GH4133B合金是在duGH4133合金基zhi础上添加适量的镁dao、锆后的改型合金。两种合金的使用温度均在750℃以下,均具有良好的综合力学性能、具有屈服强度高的特点;具有良好的抗氧化性能、组织稳定且晶粒均匀细小;易于热加工成型。尤其是GH4133B合金改善了GH4133合金在750℃以下存在的缺口敏感性,使材料的使用寿命成倍的增加,大幅度地提高了持久强度和塑性。两种合金适合于制造温度在750℃以下航空发动机的涡轮盘和工作叶片等重要承力件。主要产品有热轧和锻制棒材、盘锻件和环形件。 GH4133和GH4133B合金已用于制作多种型号航空发动机涡轮盘和承力环等重要部件,批产使用情况良好。GH4133合金还用于制作飞机发动机和工业汽轮机的高温螺栓和拉杆等。 合金在700℃以上长期时效后,有η相在晶界上析出,3000h在晶界和晶内数量明显增加,出现η相较大的胞状群体。合金在700℃以上的持久塑性偏低,具有缺口敏感性。

摘自GB/T 14992,GH4133合金化学成分见表1-1,GH4133B合金化学成分见表1-2。杂质①元素有区别的摘自GB/T 14997、GJB 1953、GJB 3165A、GJB 3782A、GJB 5280和GJB 5301。 热处理制度 摘自HB/Z 140,GH4133合金各品种的标准热处理制度为: A 盘型锻件,1080℃±10℃保温8小时空冷+750℃±10℃保温16小时空冷, HBW 352~262; B 锻件,(1055~1075)℃保温(6~6.5)小时空冷+(740~760)℃保温(16~16.5)小时空冷 C 棒材,(1070~1090)℃保温(8~8.5)小时空冷+(740~760)℃保温(16~16.5)小时空冷 摘自HB/Z 140和GJB 1953A,GH4133B合金各品种的标准热处理制度为: A 盘形锻件,1080℃±10℃保温8小时空冷+750℃±10℃保温16小时空冷, HBW 352~262; B 棒材,1080℃±10℃保温8小时空冷+750℃±10℃保温16小时空冷,HBW 352~262; 高温合金分为三类材料:760℃高温材料、1200℃高温材料和1500℃高温材料,抗拉强度800MPa。或者说是指在760--1500℃以上及一定应力条件下长期工作的高温金属材料,具有优异的高温强度,良好的抗氧化和抗热腐蚀性能,良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能,已成为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。 按照现有的理论,760℃高温材料按基体元素主要可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。按制备工艺可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末冶金高温合金。按强化方式有固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤维强化型等。高温合金主要用于制造航空、舰艇和工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡、高压压

【研发】GH2130(GH130)变形高温合金特性

上海钢研【研发部】王生: 021-********
GH2130 是 Fe-Ni-Cr 基沉积硬化型变形高温合金,参加铝和钛等元素构成时效沉积强货 相,参加硼和铈元素净化并强化晶界。合金在 800℃以下可长期运用,在 900℃可短时 运用。合金具有较高的热强性能、良好的热加工塑性。主要产品有棒材、扁钢和锻件。
该合金已用于制作航空发动机作业叶片,海轮动力机增压涡轮、航天器用紧固件等。
GH2130 高温合金经细晶化工艺+直接时效处理后,可以制作 500℃-700℃的高屈服、 高疲惫性能盘件及长寿命的转子叶片。运用温度大于 700℃时,合金的耐久和蠕变极限 开端下降;合金经长期时效后有 Laves 相分出,使室温冲击韧性有所降低。合金 在 800℃ 运用时,表面可进行渗 Al,以提高抗氧化和腐蚀才能。
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GH2130 高温合金化学成分
元素 C Cr Ni W Al Ti Fe B Ce S
P Si Mn Cu

最小
12.0 35.0 5.0 1.4 2.4
Bal
最大 0.08 16.0 40.0 6.5 2.2 3.2 0.02 0.02 0.015 0.015 0.6 0.5 0.25
GH2130 高温合金特性主要用途: 1、GH2130 高温合金特性:GH2130 是我国自行研究成功的铁镍基时效强化合金,用以代 替镍基合金 G 上 4037。合金具有高的热强性和良好的工艺塑性、疲劳性能,缺口敏感性 比 GH4037 稍差;为了提高抗氧化性可采取表面渗铝或其他措施。实践证明它完全可以 代替 GH4037 合金,使用 2130 代替 GH4037,每用 1t 可节约镍 300kg,代替 GH4037 合金 做 800-850℃工作的涡轮叶片和其他零件。 2、GH2130 高温合金主要用途:GH2130 用于工作温度 800℃以下的增压涡轮和燃烧气涡 轮叶片材料。
GH2130 高温合金的品种规格与供应状态: 1、品种分类:华成金研可生产各种规格的无缝管、焊管、板材、棒材、锻件、圆环、 丝材及配套焊材。 2、交货状态:无缝管:固溶+酸白,长度可定尺;板材:固溶、酸洗、切边;焊管:固 溶酸白+RT%探伤,锻件:退火+车光;棒材以锻轧状态、表面磨光或车光;带材经冷轧、 固溶软态、去氧化皮交货;丝材以固溶酸洗盘状或直条状、固溶直条细磨光状态交货。
热处理准则 规范热处理:用于热轧棒材、扁钢、锻件:固溶 1180℃保温 2 小时,空冷+1050℃
保温 4 小时,空冷+800℃保温 16 小时,空冷。 细晶化工艺+直接时效:经控制热变形得到细晶粒安排后+830℃保温 8 小时,空冷
+700℃保温 16 小时,空冷。
高温合金分为三类材料:760℃高温材料、1200℃高温材料和 1500℃高温材料,抗 拉强度 800MPa。或者说是指在 760--1500℃以上及一定应力条件下长期工作的高温金属 材料,具有优异的高温强度,良好的抗氧化和抗热腐蚀性能,良好的疲劳性能、断裂韧 性等综合性能,已成为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。
按照现有的理论,760℃高温材料按基体元素主要可分为铁基高温合金、镍基高温 合金和钴基高温合金。按制备工艺可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末冶金高温 合金。按强化方式有固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤维强化型等。高 温合金主要用于制造航空、舰艇和工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡、高压压

Ni在变形高温合金中的作用

Ni在变形高温合金中的作用 Ni基高温合金中Nb的固溶强化 晶格中的部分原子被其他原子置换可产生和位错相互作用的晶格畸变。Nb 在Ni和Cr20-Ni80合金中的溶解度不大,在1200℃时,Nb在Cr20-Ni80中的溶解度为7%,且随着温度的降低溶解度也减小。Nb和Ni之间的原子尺寸错配度高达15%左右,这限制了Nb在Ni中的充分溶解。然而,这样高的原子尺寸错配度在另一方面也表明Nb在产生晶格畸变方面具有很强的能力。 无论Nb含量多少,Nb主要存在于γ相中(~57%),其次存在于γ…相中(-28%),在碳化物中的Nb最少(-15%)。研究发现Nb含量从0%提高到2.46%,7相的点阵间隔从3.5634nm增加到3.5713nm。γ和γ…相的晶格错配度先从无Nb时的0.76增加到含Nbl.24%时的0.81,之后又开始下降,含Nb量为2.46%时晶格错配度降到原始值。随着Nb含量从o%提高到2.46%,剪切模量从81.7x103提高到85.0x103。研究已证实.在含Cr20%的Ni和Ni-Fe基625、706和718合金中Nb能起到固溶强化的效果。据估算,加入2.46%的Nb产生的固溶强化可使合金的屈服强度提高约44Mpa。这大概占由于Nb的添加而产生的室温屈服强度增加量的一半。由于随着Nb含量的增加,γ和γ…相的晶格错配度变化不大,因此,Nb对由于晶格错配所产生的共格应变的贡献不大。结果,合金强度增量的其余部分就主要归因于由于Nb增大合金的反相畴界能而产生的共格应变强化。 Ni基高温合金中Nb的共格相强化 我们就可以推测Nb在625、706和718合金中所起的作用。Nb所具有的适中的熔点和低弹性模量使Nb在固溶强化方面效果不明显。其较大的原子半径限制了其在镍基合金中的溶解度,而其正电性特性使Nb易形成稳定的碳化物和氮化物。另外,Nb的低密度使含Nb合金适于制作转动件,实际上,Nb的最大优势在于其可促进γ,和γ…相的形成。Nb倾向于偏聚在这两个相中,从而导致其体积分数的增加。同时,Nb可减少Al和Ti在基体中的溶解度,从而进一步增加γ和γ…相的含量。此外,Nb可增加γ…相的反相畴界能,这增大了位错切割γ…相的阻力从而提高合金的高温强度。 在对Nb的特性有一个初步了解后,就可以开始研究Nb在625、706和

变形高温合金GH3044的概述及应用

GH3044是固溶强化镍基抗氧化合金,在900℃以下具有高的塑性和中等的热强性,并具有优良的抗氧化性和良好的冲压、焊接工艺性能,适宜制造在900℃以下长期工作的航空发动机主燃烧室和加力燃烧室零部件以及隔热屏、导向叶片,供应的品种有板材、带材、丝材、棒材和环形件等。 中国 GB/T14992-2005 GH44(GH3044) C Cr Ni W Mo Al Ti Fe Mn Si P S 不大于 ≤0.10 23.5~26.5 余 13.0~16.0 ≤1.50 ≤0.50 0.30~0.70 4.0 0.50 0.80 0.013 0.013 注:GJB2612-1996还规定ω(Cu )≤0.20%;GJB3317-1998和GJB3318-1998规定ω(Cu) ≤0.07%。 1.热轧和冷轧板及带材供应状态的固溶处理温度为1120~1160℃,空冷,供应状态进行材料性能检验。 2. 零件中间热处理温度为1140℃±10℃,保温3~5min ,空冷。最终热处理温度根据零件工作条件决定,对要求良好的热疲劳性能的零件与1150℃固溶,保温3~5min ,空冷;对要求有较高热强行的零件于1200℃固溶,保温3~5min ,空冷。 合金用于制作航空发动机住燃烧室和加力燃烧室的板材冲压和焊接结构件以及安装边、导管和导向叶片等零部件。 合金概述 标准对照 成分规范 热处理制度 应用领域 物理性能

标准号品种状态σb/M Pa δ5/%ψ/% σb/M Pa δ5/%ψ/% 20℃900℃ GJB 1952冷轧 板 固溶 1120~1160℃ 73540---195①30--- GJB 3020环坯 固溶 1120~1160℃ 70540---195②30②--- GJB 3317热轧 板 固溶 1120~1160℃ 73540---18530--- GJB 3318带材 固溶 1120~1160℃ 735③40------ ------ GJB 3165棒材 固溶 1120~1160℃ 6854045195④3040 注:①900℃σb≥185MPa的板材允许交货。 ②允许在850℃进行拉伸试验,σb≥265MPa,δ≥30%,不合格时按900℃进行拉伸仲裁试验。另外还应在850℃,σb=80MPa下进行持久试验,报实测数据。 ③厚度≤0.25带材的室温σb≥660MPa,δ5实测。 ④棒材应在900℃σb=70MPa下进行持久试验,t≥23h。

变形高温合金生产工艺研究

在工业产业运行及发展中,为了实现现代工业技术创新,需要将高性能变形高温混合技术运用作为重点,通过生产工艺研究,提高变形高温合金生产整体质量,保证设备组织均匀性及设备性能稳定性,充分满足工业产业的变形高温合金生产需求。对于工业产业项目管理者来说,应该针对工业产业运行及发展状况,掌握影响变形高温合金生产的问题,通过针对性工艺生产方案,提升变形高温合金生产工艺处理有效性,推动工业产业稳步发展。 1 变形高温合 对于变形高温合金而言,通过热、冷变形加工方案构建,通常需要将工作温度控制在-235℃~1320℃的环境中。通过这种调节环境构建,实现力学性能运用的综合性、韧性指标确定科学性,为变形高温合金生产工艺项目生产效率提升提供支持。将变形高温合金生产工艺运用在工业生产中,不仅可以满足高温强度的施工需求,而且也可以形成十分良好的抗氧化能力以及抗腐蚀能力,为当前工业产业运行提供支持。 2 变形高温合金生产技术 2.1 电渣重熔连续定向凝固技术 通过对工业产业运行状况分析,在变形高温合金生产工艺项目中,通过电渣重熔连续定向凝固技术,可以实现电渣重熔连续技术有效运用,确定最佳的重熔工艺以及连续定向技术;并利用侧向分流技术、结晶器下方控温技术以及强制冷却技术,提升变形高温合金生产整体效率。 通常状况下,在电渣重熔连续定向凝固技术运用中,其工艺技术体现在以下几个方面:第一,改变以往电渣重熔连续定向凝固技术中铸锭中心大尺寸封闭的问题,降低枝晶偏折现象,获得高质量铸锭工艺;第二,在定向凝固组织中,可以避开压缩形变中剪切力最大的方向,全面提升铸锭热加工的工艺性能,而且在纵向压缩中,通过最大 CH4742的γ′含量相对较高。在该种合金的热加工中,若不能进行工艺技术有效处理,会出现加热性能恶化等问题,影响变形温度控制有效性。 但是,在变形高温合金生产工艺的环冷处理技术中依旧存在着一些问题。 首先,在难变形高温合金分析中,合金元素主要γ′相形元素Al、Ti以及Nb等,这些物质Ni的原子半径相差较多,将在室温中和状态下进行沉淀处理,会发生较为明显的时效强化效应。 其次,在高温溶于基体状况下,通过固溶强化作用,可以通过与Ni原子强化作用,严重影响工业生产稳定性,所以在新技术不断创新中,为了解决上述问题,应该将缓处理技术运用作为重点,并做到以下内容:第一,通过材料使用,在热变形中确定动态回复以及动态再结晶软化,通过加热温度控制,将其确定在动态再结晶和γ′相全熔温度以上以及初熔点单相γ之间。通过对γ单相去形变状态分析,将其运用在高温合金处理中,可以有效提升工艺技术使用价值;第二,在对难变形高温合金处理中,应该在热加工区域进行温度控制,认识到基体共格γ′存在时,会增加合金的变形抗力,导致变形塑性降低;第三,高性能难变形高温合金较差加热状态下,通过集体共格γ′的对比,可以通过多种合金元素利用,达到固溶强化作用。通过对这些工艺技术分析,在组织调整中,为有效降低难变形高温合金热变形抗力,逐渐改善合金加热性能,为缓冷技术使用及创新提供支持。 2.3 多重循环热机械的处理技术 通过对变形高温合金生产技术使用状况分析,CH4065在与Ren88DT合金成分确定中,形成变形合金。为了在工艺技术使用中不断扩大CH4065温度范围,发挥材料热塑性,需要进行机械处理技术优化,充分满足当前多重循环热机械的处理技术的使用需求。 在常规组织中,当出现细小沉淀相以共格形式分布中,双相的晶细组织会呈现出显著增大的状态,这种检测状况与细小的奥氏体经理尺寸相接近,从而形成了典型的双向组织形态。热塑性变形中,γ′相的弥散细中会出现较为强烈的应变效应,在该种材料应变力逐渐增加状态下,若降低流变应力,热塑性会呈现出大幅度上升状态;在沉淀强化型合金的状态下,提升双向细晶组织热塑性能,可以 (浙江中达特钢股份有限公司,嘉兴 314312) 摘 要:对变形高温合金生产工艺及使用状况进行分析,总结变形高温合金在工业生产中技术运用重要性。旨在通过创新生产技术使用及分析,实现工业生产技术创新,提高工业产业运行效率,为变形高温合金生产技术稳步创新提供支持。 关键词:变形高温合金 生产工艺 热加工

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