高温合金范文（精选12篇）
高温合金 第1篇
某合金长期在高温下处于工作状态, 研究它的高温时效稳定性非常重要。
2 实验方法
从同炉的试棒上切取金相试样观察金相组织;试样经磨平抛光腐蚀后, 经40%HCl+20%C2H5OH+1.5g Cu SO4+40%H2O的腐蚀液腐蚀后分别在光学显微镜观察 (OM) 、S360型扫描电镜 (SEM) 观察和TEM样品Philips LEM420型分析电镜在上进行观察和分析。
3 合金高温时效稳定性
3.1 γ΄相粗化动力学规律
γ΄相粗化动力学有如下规律:
γ΄相粗化激活能Q可通过下列关系式计算得到
这里T是绝对温度, R是气体常数。γ΄相粗化激活能为255k J/mol, 这个数值和γ΄相形成元素在Ni中的扩散激活能大致相当 (Al在Ni中的体扩散激活能270k J/mol) 。
3.2 实验结果分析
这些γ΄相的扫描电镜观察说明, 合金时效到1000h后均未发现针状相的析出。这主要是由于在炉冷过程中, 在γ΄相的析出的同时, 在较高的温度就能够较充分的同步析出M6C, 从而减少了基体中Mo和W的过饱和度, 从而抑制了μ相的析出。
γ΄相的平均尺寸随时效时间的延长而增大, γ΄相沿一定方向发生聚集长大, 由原来的正方形小颗粒变为长条形或多边形;组织特征表明, 长期时效后γ΄相发生了明显的粗化现象:一次γ΄相长大, 二次γ΄相形态退化, 三次γ΄相粗化。
这表明, γ΄相的粗化主要是由Al在基体中的扩散所控制的。
1000h时效后, γ/γ΄共晶胞界γ΄相一步粗化, γ΄相内部析出了大量的γ΄相。
较大的γ΄粒子的形态较稳定, 在长期时效过程中逐渐粗化, 只发生了形貌退化现象, 即立方体的边角钝化, 整体还保持立方形貌, 但相对较小的立方γ΄相则出现了形态不稳定现象, γ΄颗粒分步“分裂”:首先从一个或几个面分裂成两部分, 然后在各部分分裂面上发生溶解现象。高温合金中两相错配度较小时γ΄沉淀相为球形, 当两相错配度较大时, γ΄相则呈现出立方体形貌。γ΄相的形貌退化说明了在粗化过程中, 两相错配度有所降低, γ΄相的总体表面能降低, 形貌趋于稳定。
沉淀相的形态不稳定性是由扩散的点效应引起的。扩散的点效应与界面稳定性因素 (例如表面能、表面扩散或者表面张力的各向异性) 相竞争。当前者占主要地位时, 会发生沉淀相形态不稳定现象;反之, 第二相就会长大而不会发生形态不稳定现象。对于处于平衡态的γ΄相不稳定性, 则由界面能和晶格错排引起的弹性能的竞争机制来解释。由于溶质原子扩散和两相热膨胀等因素, γ/γ΄两相的共格特性会发生变化, 当弹性应变能起主要作用时, 分裂会导致相对较小的γ΄界面能稍有升高, 但却使总的弹性能大大降低, 这样总能量会达到最低;而当界面能起主要作用时, 界面能的降低成为γ΄相长大的驱动力, 立方体退化为球形具有更小的表面积, 因而长时间时效后大γ΄相的边角会钝化。
分析结果表明, 枝晶干μ相比枝晶间μ相含较多的Cr、W和Mo。枝晶间和枝晶干上μ相形貌的差异可以归结为如下原因:
(1) μ相形核位置的不同;
(2) μ相形成元素的差异。
μ相的出现趋势可以通过电子空位理论计算来预测。近年来, 相计算方法应用在基于合金成分的计算, 从而预测出现μ相的趋势。
在长期时效过程中γ΄相粗化主要由Al在基体中的扩散控制, 同时, 相关的其他元素 (Cr和Mo) 由于互扩散作用远离γ΄粒子, μ相形成元素 (Cr、Mo) 在基体中达到饱和, 这些元素在富W区偏聚导致这些位置成为μ相的形核位置。随着时效时间的延长, μ相形成元素通过两相界面提供所需, Mo的长程扩散成为控制μ相长大的因素, 引起短而粗的μ相形貌。
通过上述分析, 在高温长期时效过程中, γ΄相的粗化遵循Ostwald熟化理论。即γ΄相从过饱和的γ固溶体生长要经过三个阶段:
(1) 形核;
(2) γ΄相利用γ基体中的元素长大;
(3) γ΄相通过Ostwald熟化 (或竞争长大) 过程粗化。
结论
研究了某合金高温时效稳定性, 得出如下结论:
合金在高温长期时效过程中, γ΄相的粗化遵循Ostwald熟化理论:即形核、γ΄相利用γ基体中的元素长大和γ΄相通过Ostwald熟化 (或竞争长大) 过程粗化, γ΄相粗化是由溶质原子通过γ-γ΄界面扩散来进行的。枝晶干μ相比枝晶间μ相含较多的Cr、W和Mo。
摘要：本文研究了某高温合金高温时效稳定性, 分析了合金在高温长期时效过程中, γ?相的粗化遵循Ostwald熟化理论。
关键词：合金,高温时效稳定性,实验方法
参考文献
高温合金材料研究进展 第2篇
第二部分：高温合金专题学习报告
学院：材料科学与工程学院 专业：材料科学与工程 姓名：XXXXX 学号：XXXXX 班级：XXXXX
2012年11月19日
第1页
高温合金材料研究进展
摘要：本文主要是根据这学期在材料科学与工程前沿课上听了董建新教授讲关于高温合金相关的知识，然后通过调研，对国内外高温合金的研究发展现状有了一定的认识，本文主要介绍目前高温合金材料的研究进展和我校在相关方面的研究成果，并提出自己的见解，我国高温合金方面虽然有了很大的进步，但是和国际上的高温合金的研究还有差距，建立在仿制国外高温合金材料的基础上的创新并不是真正的创新，真正想要达到并超越国际水平，我们还有很长的路要走。关键词：高温合金董建新研究进展
引言
高温合金是制造现代航空发动机、航天火箭发动机和各种工业燃气涡轮发动机的重要金属材料。目前在先进的航空发动机中，高温合金用量所占比例高达50%以上。显然，没有高温合金就不可能有高速、高效率、安全可靠的现代航空和航天事业，同时，高温合金在核工程、能源动力、交通运输、石油化工、冶金等领域也有广阔的用途[1]。高温合金是在550℃以上温度条件下能承受一定应力并具有抗氧化和抗热腐蚀能力的材料。我国的高温合金以合金成形方式、合金基体元素、合金强化方式的顺序，构成我国高温合金系列和体系，其中合金成形方式有变形高温合金、铸造高温合金（包括等轴晶铸造高温合金、定向凝固柱晶高温合金和单晶高温合金）、焊接用高温合金丝、粉末冶金高温合金、弥散强化高温合金和金属间化合物高温材料之分。在这些不同合金系列之下，再分为铁基、镍基、钴基及铬基合金。
董建新教授从高温合金在航空航天等高科技产品上面的应用开始说起，介绍了高温合金材料的研究现状、制备和加工方面，还有高温合金的元素组成、强韧化和工艺强化等知识，让我们对目前的高温合金材料的研究现状有了初步的认识。经过50多年的研究，我国在高温材料领域已经取得了一系列的进步，但是，还是与国外如美国等还存在着相当大的一段距离，例如我国生产的涡轮盘质量就不及美国，一些关键的技术都处于被国外封锁的阶段，一些关键的零部件我们不能研发，只能靠进口。这在很大程度上制约了我国航空、汽车制造业的发展。所以，研究高温材料的科研人员还是有很大的用武之地的。目前各国纷纷提出航天发展计划，竞争将愈加激烈。我们国家必须重点发展高温合金在高科技航空航天领域
第2页 的研发，才能在未来的空间竞争中占得一席之地。
一、国际上高温合金的研究现状
从20世纪30年代后期起，英、德、美等国就开始研究高温合金。1937年德国涡轮喷气发动机Hcinkel问世，1939年英国研制出Whittle涡轮喷气发动机。同年，英国Mond公司首先研制成一种低碳含钛的镍基合金Nimonic75，不久又有含铝和钛合金元素的Nimonic80合金问世。这种合金与Nimonic75相比，蠕变性能在应力和持续时间相同的条件下，蠕变温度可以提高50℃[2]。
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。40年代初，英国首先在80Ni-20Cr合金中加入少量铝和钛，形成γ’相以进行强化，研制成第一种具有较高的高温强度的镍基合金。同一时期，美国为了适应活塞式航空发动机用涡轮增压器发展的需要，开始用Vitallium钴基合金制作叶片。1941年后美国开始发展航空燃气涡轮，1942年将HastclloyB镍基合金先后用于GE（通用电器）公司的两种喷气发动机中，1944年开发出钴基合金HS23用于西屋公司发动机中的精密铸造叶片。1950年后由于钴资源缺乏美国发展镍基合金，并广泛用于制作涡轮叶片。在此期间，美国的PW公司、GE公司和特殊金属公司分别开发出Waspalloy、M-252和Udinet500等合金。
50年代出现A-286和Incoloy901等牌号，但因高温稳定性较差，从60年代以来发展较慢。60年代以后，陶瓷过滤、等温铸造、定向凝固、粉末冶金、机械合金化等新工艺的成功应用，推动了高温合金的迅猛发展，其中尤以采用定向凝固工艺制造出单晶高温合金叶片，于70年代初步获得成功应用，使航空发动机的性能大幅度提高。
在前苏联，高温合金称为耐热合金，20世纪40年代中期至50年代在耐热钢的基础上开发出铁-镍基、镍基、钴基耐热合金，前苏联镍基耐热合金成分特点是添加较多的钨和钼元素，添加一定量的铁元素，经常加人少量的钒元素，而美国合金常用钼元素，少用钨元素。苏联于1950年前后开始生产“ЭИ”牌号的镍基高温合金，后来生产“ЭП”系列变形高温合金和ЖС系列铸造高温合金。
二、我国高温合金体系及其发展
自1956年第一炉高温合金GH3030试炼成功，迄今为止，我国高温合金的第3页 研究生产和应用已经历了50多年的发展历程。回顾50多年的历史，我国的高温合金从无到有，从仿制到自主创新，合金的耐温性能从低到高，先进工艺得到了应用，新型材料得以开发，生产工艺不断改进且产品质量不断提高，并建立和完善了我国的高温合金体系，使我国航空航天工业生产和发展所需的高温合金材料立足于国内，也为其它工业部门的发展提供了需要的高温材料（图1[3]）。
图1世界高温合金(涡轮叶片、盘片)的发展趋势和我国主要合金的研制
根据2002年出版的《中国航空材料手册》，我国可供航空选用的高温合金牌号89个，目前正在编撰的《中国高温合金手册》中共列入牌号194个，其中：铁基变形合金30个，镍基变形合金43个，钴基变形合金6个，等轴铸造镍基合金62个，定向凝固镍基合金15个，单晶镍基合金9个，金属间化合物基合金20个，粉末高温合金3个，ODS合金5个，以及焊丝等，可供航空航天及其它工业部门选用。形成高温合金体系的，全世界没有几个，中国是其中之一，其余为美、英、俄，说明我们国家的高温合金材料研究已经形成了规模。
第4页
三、北京科技大学在高温合金方面所取得的成果
在发展尖端技术的推动下，冶金部于1958年从工厂抽调一批有才能的科技人员充实钢铁及有色两院，高温合金为北京钢铁研究总院研究与开发的重点领域，继而上海钢研所、航天部703所以及几所大学、如北京钢铁学院（现北京科技大学）等都加人了高温合金的研究与开发行列，值得指出的是，60年代初在钢铁学院和东北工学院还设立了高温合金专业，一直延续了十余年，为高温合金的发展培养了一批专门人才，在高温合金的发展过程中，促进了我国微量元素分析和相分析技术，高温物性与力学性能测试技术，不但保证了高温合金的生产，也使我国高温合金的研究达到较高水平[4]。
单从北京科技大学的角度看，发展至今，在高温合金领域依然有很强的竞争力，从1961年起，我院高温合金梯队谢锡善教授一直从事耐热钢及变形高温合金的工作以及高温材料强韧化和断裂导致失效的分析和改进研究。历年来主持并进行了：铁基高温合金研究、微量元素在高温合金中的作用、高温合金力学冶金高温合金强韧化、烟气轮机用高温合金大涡轮盘研制、新机种用GHl69合金及粉末高温合金涡轮盘的研究，改善大型锻件（涡轮盘）热加工工艺提高综合性能研究、高温合金表面合金化高温台金强韧化机理以及高温部件长期运行中的组织稳定性及寿命估算研究等。还主持和参与了多项国家、部委重点，国家自然科学基金，“863”高科技课题，和美、法、日、印度、巴西以及韩国等国际合作课题[5]。
我院葛昌纯院士也一直活跃在高温合金材料的制备与研究上，不断探索新的工艺进行研究，提出了火花等离子体放电（SPD）制备高温合金细粉新技术，并设计了样机，该方法与常用的高温合金制粉方法-等离子旋转电极法和氩气雾化法的原理不同，与之相比，该方法冷速更快，可制备粒度更细小的粉末，且设备简单，该方法制备的粉末粒度分布窄、球形度高、粉末颗粒表面光滑、看不到枝晶、颗粒内部是球状晶凝固组织，从而组织更均匀[6]。还有刘国权教授等也一直在粉末高温合金领域进行着探索。中国粉末高温合金的研究始于1977年，目前已研制了以FGH95合金为代表的使用温度为650℃的第一代高强型和以FGH96合金为代表的使用温度为750℃的第二代损伤容限型粉末高温合金。但从总体上讲，与国外之间还是有较大的差距。而刘国权教授梯队在粉末高温合金领域也取
第5页 得了一系列的成果。
四、总结与展望
多年来，我国高温合金取得了辉煌的成绩，但是也仍然存在着一些问题，创新是我们国家科技发展的灵魂，我国的高温合金必须突破引进加仿制到创新的体制，充分发挥我们自主的创新性，大力深化科技体制改革，把国内搞高温合金的力量集中起来，共同应对未来空间开发用的高温合金及民用高温合金，使我国高温合金体系建立在一个更坚实的基础上。
参考文献：
[1]师昌绪，仲增墉，中国高温合金五十年[M]，北京：冶金工业出版社，2006 [2]赵明汉，张国庆，孙晓峰，杨洪才，我国高温合金体系的发展[J]，北京：冶金工业出版社，2006 [3]师昌绪，仲增墉，我国高温合金的发展与创新[J]，金属学报，2010，46(11)：1281-1288 [4]师昌绪，仲增墉，中国高温合金40年[J]，金属学报，1997，33(1)：1-8 [5]赵凡，献身中国高温合金事业——北京科技大学谢锡善教授[J]，科技成果管理与研究，2011，(3)：101-102 [6]于军，葛昌纯，孟璐璐，沈卫平等，火花等离子体放电制备高温合金细粉新技术[J]，2008，44(7)：892—896
不是合金胜似合金 第3篇
塑料壳也能有新意,且看惠普如何“点塑成金”!
依稀记得N年前第一次看到HP这两个字母,直接就往打印机想,毕竟当年惠普铺天盖地的广告都跟打印机有关。后来才了解惠普在PC领域的实力,原来HP的笔记本无论口碑和品质都在业内处于领先地位,当年的自己真的很小白~~
惠普还有一个值得尊敬的地方——它总是众多笔记本知名品牌中,第一个推出相应低端型号,价格也很亲民。记忆中的MP2000系列,以及HP520系列等,都是最能吸引入门级用户的产品。虽然惠普推出了很多便宜的机型,但却丝毫不影响其高端品牌的形象,何解?我想这主要得益于它中高端的机型始终非常优秀吧,比如今天要介绍的这款DV5-1106TX就是品质优异的中端机型代表作。
这款笔记本采用银色机身设计,而顶盖又是黑色,银黑搭配出来的时尚气息永远不会过时。咋一看这银色机身还以为使用的是金属材料,镁铝合金?钛合金?想多了,这只是一款中端定位的笔记本,用的是塑料,但经过Imprint Finish(膜内漾印)技术以及时尚的线条勾勒,给人感觉制作工艺非常高档,完全看不出是塑料外壳,触摸感也与金属材质没区别,同样的材料,惠普总是能玩出不一样的东西。
从配置上看,可以认为这款笔记本针对的是游戏用户,因为它配备了性能强劲的9600M GT独立显卡,以及Intel core 2 P7350的CPU。2G内存大小,250G硬盘空间已经足够日常需要,PM45芯片组和5100AGN无线网卡则是迅驰二认证的硬性规定,光驱则是DVD光雕刻录机。屏幕的正上方有一颗内置的摄像头,标配摄像头似乎已经成了笔记本的趋势,不过这款机器的摄像头效果一般。按键方面还不错,有一组采用“轻触感应式”设计的快捷功能键,它们在关机状态下是看不到的(这样可以看起来更简洁),只有在开机后才会发出微弱的光芒。在触摸板的上方还设计了一个小开关,禁用触摸板变得异常简单。
作为一款15英寸笔记本,惠普dv5的侧面空间相对比较充裕,共有四个USB接口(其中一个是E-SATA),可以满足绝大多数用户的需求,左右各两个的布局也比较合理。此外,它也拥有VGA、HDMI、读卡器和Express Card这些常见接口。最值得一提的是,它提供了两个耳机输出接口,可以同时接入两副耳机,喜欢夜深人静还跟朋友对战实况足球,或者喜欢两个人看“午夜场”又不想打扰别人睡觉,肯定用得上这个设计,值得鼓励的设计。
高温合金切削过程仿真研究 第4篇
高温合金是最难加工的材料之一,其相对加工性仅为45钢的5%～15%,单位切削力一般为加工钢材的1～3倍,加工高温合金时,刀具极易磨损。刀具的磨损使得切削力发生很大的变化,进而影响切削加工过程中工件表面品质。高温合金主要用于航空航天发动机中,其使用量很大,而且零件的形状复杂,组织结构完整性要求高。随着设备紧密程度的不断提高,加工精度越来越高,这就对超精密切削加工的品质就提出了更高的要求[1]。
为了提高切削产品,特别是精密和超精密切削的生产效率和加工品质,需要深入研究切削机理、切削力及切削温度等。切削过程是一个很复杂的工艺过程,它涉及到弹性力学、塑性力学、断裂力学、热力学、摩擦学等,切削品质受到刀具形状、切屑流动、温度分布、热流和刀具磨损等影响。利用传统的解析方法,很难对切削机理进行定量的分析和研究;试错法可以获取一些经验值,但费时费力,又增加了成本,严重阻碍了切削技术的发展。虚拟制造是解决这一系列问题的重要手段,计算机技术的飞速发展使得利用数值模拟方法来研究切削加工过程以及各种参数之间的关系成为可能。本文主要介绍通过有限元方法仿真,研究切削参数对切削力及切削温度的影响[2]。
1 仿真方法介绍
本文介绍利用有限元分析软件MSC.Marc对高温合金GH4169的切削过程进行仿真研究。GH4169是由添加铌而形成有序体心四方Ni3Nb和面心立方Ni3(Al,Ti)沉淀强化的一种镍基高温合金。镍含量为50%～55%,其余主要元素有Fe,Cr,Nb等,主要机械物理性能见表1。
通过设定各种切削条件,如刀具和工件的材料和形状、切削用量、切削条件等,得到不同条件下所需要的参数值,如切削力、切削温度等。本实验主要通过改变切削速度、刀具前角来研究切削力和切削温度的变化情况。当刀具前角一定时,模拟出不同切削速度下切削力和切削温度的改变;当切削速度一定时,测出不同刀具前角下切削力和切削温度的变化情况。通过比较,分析各因素对切削力的影响[3]。
图1中是通过模拟得到的随刀具行程变化的切屑和工件表层的应变分布。在实际切削过程中,工件材料常常处在高温、大应变和大应变速率的情况下发生弹塑性应变,因此需要综合考虑各因素对工件材料流动应力的影响,从而建立合理的材料流动应力模型是模拟分析的关键。Johnson and Cook 经验模型不但简单好用,而且在数值分析中可以大大减少计算量,因而从该模型建立以来,便得到了广泛的应用。Johnson and Cook式(1)如下所示[4]:
式中:σ0,B,n,C,m为材料常数;Tm为材料熔点温度;Tr为室温;ε0为参考应变速率,此处取值为准静态应变速度0.1S-1。式(1)的第一部分表示应变ε对流动应力σ的影响因子,第二部分表示应变速率ε对流动应力σ的影响因子,而最后一部分表示温度T对流动应力σ的影响因子。不同材料的参数由实验数据确定,在本实验中,GH4169的相关参数值如表2。
2 切削速度和刀具前角对切削力的影响
取一定的切削速度和刀具前角,模拟的切削过程如图2,图中表示的是Y向工件所受应力的分布。设定刀具前角为5°,当切削速度为1500mm/min时,模拟的切削力的变化如图3所示,图3中应力的平均值约为1780N。为了比较切削速度对刀具受力的影响,将不同切削速度对应的力平均值进行比较,如图4所示。图中,随着切削速度的提高,由于材料的热软化等因素的影响,Fy的值总体呈下降的趋势。因为试验中读数有误差,所以曲线和理论上力的变化不是很吻合。
设定切削速度为1500mm/min,通过改变刀具前角的大小,对切削过程进行仿真研究。当刀具前角为10°时,模拟的切削力的变化如图5所示,图中应力的平均值约为1270N。为了比较切削速度对刀具受力的影响,将不同刀具前角对应的力平均值进行比较,如图6所示。由图6可知随着刀具前角的增大,Fy的值逐渐降低。前角在切削过程中起着主要作用。前角大就意味着楔角小、刀具锋利,作用在前刀面的切削压力减小。前角较大会使切削过程中消耗于切削变形的功减小,切削力也减小。前角增大后,由于切削变形功减小,因而刀具磨损减慢,耐用度提高。但是刀具前角过大,将使切削刃变得薄弱,强度低,散热条件差,反而使刀具磨损加快,耐用度下降。
3 切削速度和刀具前角对切削温度的影响
在一定的切削速度和刀具前角下,模拟的切削过程如图7,表示的是工件上工件温度的分布。为了研究刀具切削速度对切削温度的影响,取刀具前角分别为0°和5°,分别画出刀具在不同切削速度v下切削温度T的变化曲线,如图8,图9。由图中可以看出,切削温度随着切削速度的增大而增大。图中的四条曲线表示不同的切削长度,如50,100分别表示程序运行的第50和第100步,同组曲线就表示在不同切削长度时工件的最高温度。
图10表示切削相同的长度时切削速度对切削温度的影响,图中两条曲线分别表示刀具前角为0°和5°时,在不同的切削速度下切削温度的变化。由图10可以看出,随着切削速度的增加,切削温度也升高。因为切削速度提高以后,所作的功增大,单位时间产生的热量相应地增多,因而切削温度升高。此外,随着切削速度的提高,切屑流速加快,切屑与前刀面发生强烈的摩擦,产生大量的摩擦热,也是切削温度显著升高的原因。但是,随着切削速度的提高,切削层金属的变形程度减小,因此,尽管切削温度随切削速度的增加而升高,但它不与切削速度成正比例的增加。
为了研究刀具前角对切削温度的影响,选取刀具切削速度分别为1500mm/min和2000mm/min,分别画出刀具在不同刀具前角下切削温度T的变化曲线。如图11和图12。
图13表示切削相同的长度时刀具前角对切削温度的影响,图中两条曲线分别表示刀具切削速度为1500mm/min和2000mm/min时,在不同的刀具前角下切削温度的变化。由图13可以看出,随着前角增大,切削温度降低。因为前角增大以后,金属的变形减小,产生的热量也相应的减小,但是前角增大太大,有会使刀具散热体积减小很多,切削温度不仅不会进一步降低,反而会削弱切削刃强度,所以,增加前角只是在一定范围内使切削温度降低较为明显。
4 结语
通过对切削高温合金GH4169的有限元仿真研究,得出了在一定的切削参数下切削力及切削温度的大小,并分析了切削速度和刀具前角对切削力和切削温度的影响。切削力随切削速度和刀具前角的增加而减小;切削温度随切削速度的增加而升高,随着前角增大而降低,模拟结果与实际情况相符合。因此,利用该仿真模型和方法可预测切削过程中切削力和切削温度的大小,对切削加工有一定的指导作用。
摘要：利用有限元分析软件仿真切削镍基高温合金GH4169的基础上,获得了模拟切削过程中切削力及切削温度的值,分析了切削速度和刀具前角对切削力和切削温度的影响,并将仿真结果进行了比较。
关键词：高温合金,切削力,切削温度,仿真
参考文献
[1]H.N.列兹尼柯夫.高强度钢高温合金和钛合金的切削加工[M].郭东仁译.北京:机械工业出版社,1980.
[2]张幼桢.金属切削原理及刀具[M].南京:南京航空航天大学.
[3]袁哲俊.金属切削实验技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学.
铌合金高温材料 第5篇
摘要:高强妮合金具有比重小、强度高、韧性好、易焊接等优点，是制造高性能航空航天吃行器高温部件的重要材料，研究者通过碳化物强化、高温固溶淬火、人变形挤压、时效和热机械处理等方法研制出系列高强妮合金。航空航天高温结构件减重是研究新型妮合金的一个重要方向，选用密度为6-7.2 g/cm3耐的系列低密度妮合金，无涂层可在700℃以下工作，加涂层可在1 200℃以下工作。本文综述了含铌高温材料在航空航天工业以及民用工业中的应用。
关键词：低密度铌合金材料、航空航天工业、凃层、铌合金 1前言
据有关资料统计 , 世界铌总贮藏量约为3800 万 t。巴西是世界第一铌资源大国 , 其贮藏量和生产量最多 , 贮藏量约 2300 万t,占世界总量的 60%。其次是澳大利亚、加拿大、前苏联等国家。中国也是铌资源较丰富的国家 ,贮藏量占世界总量的 17% 左右。丰富的自然资源是铌工业发展的重要保障和优越条件。近年来 , 世界对铌的需求趋于稳定发展。
妮与其它高温结构材料一钨、铂、镍、钢等相比，具有熔点高、密度小、塑韧性和焊接性能好、比强度高等突出的优点，是更高温度使用的新型航空航天结构件的备选材料。妮合金按照强度和塑性的不同，分为高、中、低强妮合金，国外中、低强妮合金在1970年前后己研制成熟;高强度铌合金的研究从20世纪70年代开始，分为固溶强化为主和弥散强化为主两种，国外(主要是前苏联和美国)对高强铌合金制备技术进行了深入研究，我国在该类材料的研究还属空白。低密度铌合金是先进航空航天发动机和小推力火箭发动机的重要候选材料之一。但是，锯合金材料抗氧化性能差，纯金属锯在600℃即存在氧化现象，随着氧化进一步加重，氧化物与金属界面上产生的内应力使氧化层开裂，之后发生灾难性氧化，严重影响了材料在高温有氧环境下的应用。因此，锯合金作为高温结构材料应用的关键性问题是提高其抗氧化性能。本文主要讲述含铌材料高温应用现状及特点。2航天航空工业用铌
航天航空工业是是高纯铌的主要应用领域。多数用作各种火箭和飞船的发动机和耐热部件。据报道 , 最新设计的重返地球的航天飞机中 , 约用铌 2700kg。N b 2 10Hf 等合金用于发射通讯卫星的火箭助推器。N b-1Zr 等合金可使火箭推进控制达数千次起动的要求 ,用于火箭轨道调整和阻力补偿发动机、航天飞行器的反作用控制发动机等。军用飞机用铌量与日俱增 , 目前已达到空前水平。在美国 , 实际上所有的喷气式战斗机发动机的耐热部件都采用铌耐热合金 , 如每台 F — 15 和 F — 16 战斗机的发动机分别用铌 78kg 和钛 2400kg。
新型铌材料低密度铌合金的优点是密度小、比强度高、抗氧化性能优于高妮含量的妮合金(Nb+W>80%，质量分数)，能够与常用的妮合金和钦合金焊接，缺点是室温塑韧性较差。不加抗氧化涂层可在550-800℃大气环境中使用而不被氧化，加抗氧化涂层可在800-1 300℃大气环境中使用，当涂层破坏后，合金基体不会立即被烧穿和破坏。航空航天高温结构件减重是研究新型铌合金的一个重要方向，选用密度为 6 ~7.2 g /cm3的系列低密度铌合金，无涂层可在 700 ℃以下工作，加涂层可在 1 200 ℃以下工作，低密度妮合金材料的制备方法很多，有真空烧结法、热等静压法、电弧熔炼法、等离子熔炼等。采用粉末冶金法很容易获得成分均匀的合金材料，但由于杂质元素含量高，材料硬脆、塑性较差。熔炼是常用的合金制备方法，由于合金中的Nb、Ti、Al元素熔点、密度相差很大，给熔炼均匀合金成分铸锭带来很大困难。等离子熔炼是一种很好的熔炼方法，真空自耗电弧熔炼法生产的铸锭易出现偏析、气孔和裂纹等缺陷。近几年，激光和电子束快速成型技术在金属零件的制备方面发展很快，采用3D打印技术制备复杂形状和薄壁妮合金零件成为一个新的研究方向。含铌高温合金在民用工业中的应用（1）柴油机﹑内燃机增压涡轮
年代以来，欧美等国增压涡轮材料多采用 Inconel713C 镍基合金和 X-40钴基合金，前苏联的涡轮材料为ЭП-787Л和 BЖ36-Л3,此外美国和日本还采用CRM-6D 铸造耐热钢制作增压涡轮。经过多年开发,K213 和 K218 合金精铸的增压涡轮已经广泛用作坦克﹑船舶﹑冶金矿山﹑农用机械﹑石油钻机﹑大型运输载重车辆等领域的发动机上,推广应用的柴油机增压器型号近30 种,内燃机车型号有 45GP80 和 1301 等.10 余年来，钢研总院﹑济南柴油机厂﹑潍坊柴油机厂﹑戚墅堰机车车辆所等单位已经形成批量生产基地，年生产量达 15000 件以上。
（2）玻璃工业离心头
离心头是离心喷吹玻璃棉的关键部件，1250℃的熔融玻璃在离心头的2400r/min 转数的离心作用下，通过离心头侧壁的 7000 个φ1mm 小孔,甩制成φ7μm 以下的玻璃棉.离心头长期处于 980 摄氏度高温高速旋转下工作，既受高温高速燃气的氧化腐蚀和直接冲刷，又受高碱熔融玻璃的冲刷和腐蚀(3)石化工业应用
乙烯是石油化工的三大合成材料的基础原料之一.乙烯的生产能力标志各国石化工业的发展水平。我国 70 年代初即开始引进大型的乙燃装置。生产乙烯的装置是乙烯裂解炉，高温炉管是乙烯裂解炉的关键部件。裂解炉管在 1000℃以上高温下长时间工作，又处于腐蚀性介质气氛下，目前世界各国主要采用高铬镍合金并通过离心铸造法生产。1993 年首批 ZG4Cr25Ni35WNb 合金炉管安装在盘棉天然气化工厂的 SRT-IXHS 型裂解炉第一程炉管，该炉管原采用日本久保田公司的 KHR35C-HISI 合金铸管，管壁设计温度为 1150℃。目前使用时间已达 6000小时。4 结语
低密度妮合金的比强度高于高温合金，塑性适中、焊接性能好，它的突出优点是比重小，是未来航空航天提高使用温度、减轻高温结构件重量的必选材料，但大尺寸低密度妮合金材料的制备技术尚需深入研究。
高温合金 第6篇
摘要：Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高温钛合金以其低密度、高强度、高刚度和优异的抗氧化性等特点，在航空航天领域具有广泛的应用前景，采用水冷铜坩埚真空感应熔炼炉（ISM）制备了Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高温钛合金铸锭，并采用高温锻造工艺研制出了高温钛合金锻坯.显微组织分析结果表明，锻态高温钛合金为近α型钛合金，显微组织为网篮组织.拉伸力学性能测试结果表明：从室温到700℃，锻态Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高温钛合金均展现出优异的力学性能.在700℃的条件下，其抗拉强度仍然可以达到近550MPa，延伸率达到15%.
关键词：钛合金；锻造；组织；力学性能
DOI：IO.15938/j.jhust.2015.03.015
中图分类号：TG146.2
文献标志码：A
文章编号：1007-2683 （2015）03-0078-04
0 引 言
钛合金以其密度低、比强度高、耐高温、耐腐蚀和焊接性好等优点，在航空、航天、化工等领域得到广泛应用.从使用温度来看，传统的及现有的成熟高温钛合金已不能满足技术指标要求，目前世界各国研究的高温钛合金成分均为Ti-AI-Sn-Zr-Mo-Si系，最高使用温度仅为600CC，尽管国内外对高温钛合金进行了大量的研究工作，近20年来高温钛合金使用温度没有得到进一步的突破.
随着航空航天工业的发展，现有高温钛合金的力学性能，已经远不能满足构件对更高工作温度的性能要求，因此，急需发展能够满足在600℃以上使用的新型高温钛合金.本文研制了一种可以在600℃-700℃短时使用的Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高温钛合金，制备出锻坯，并系统研究了锻态高温钛合金的显微组织和力学性能.
1 实验方法
本文所用Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高温钛合金的名义成分为：Ti-6 Al-3 Sn-10Zr-0.8 Mo-I Nb-I W-O.25Si.实验所使用的原材料为0级海绵钛，高纯铝、纯锡、海绵锆、纯硅粉，高熔点合金元素铌、钼和钨分别以中间合金的形式加入（Al-Nb、Al-Mo和Al-W中间合金）.采用水冷铜坩埚真空感应凝壳熔炼炉（ISM），将上述原材料熔铸成铸锭，
将上述高温钛合金铸锭切割成圆柱形试样，对试样进行开坯锻造.锻造初始温度为1150℃，应变速率为0.1-0.01 s-i，总变形量为75%左右，锻前试样表面喷涂抗氧化涂料，以减少试样预热及锻造过程中表面的氧化.另外，为降低试样在锻造过程中的温降，锻模需要预热到600℃以上.锻后，锻坯在700℃条件下退火4h.从宏观形貌来看，锻坯外观完整，无任何裂纹等缺陷.
高温钛合金锻坯的显微组织采用X射线衍射仪（XRD）、OLYMPUS-TH3型光学显微镜（OM）和S-4700型扫描电子显微镜（SEM/EDS）进行分析.OM及SEM试样制备过程为：先采用水磨砂纸将试样磨到0.5μm，然后用0.5μm金刚石喷雾抛光剂进行抛光，抛光后的试榉用标准Kroll溶液腐蚀（Kroll溶液的组成为：4% HN03+2% HF+94%H20），最后在无水乙醇溶液中进行超声波清洗，高温钛合金的室温及高温拉伸性能均采用万能力学性能试验机测试，高温钛合金试样为板状拉伸试样，室温拉伸过程中的位移变化采用引伸计测量，室温及高温拉伸性能采用的应变速率均为1×10-3S-1.
2 实验结果与讨论
图1所示为锻态Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高温钛合金的XRD图谱.从图中可以看到锻态合金主要是由a-Ti相组成，因此，该合金是一种近α型钛合金.
图2分别为高温钛合金锻坯中心区域、沿半径方向1/2r处区域、边缘区域的光学显微镜及扫描电子显微镜照片.从显微组织照片可以观察到，高温钛合金锻坯三个区域的显微组织均为典型的网篮组织（与铸态相比，组织得到细化），初始β晶界难以看到.另外，从锻坯边缘区域到中心区域，还可以观察到块状的初生α相（如图2（b）中白色的块状相）呈逐渐增多的趋势.
高温钛合金铸锭锻造的初始温度是在β单相区.由于不是等温锻造，锻造过程中，高温钛合金会因散热而出现温降，终锻温度会达到a+p两相区.锻造总变形量达到75%，原始的高温β晶粒破碎，而终锻温度较低，则导致动态再结晶过程中口晶粒来不及长大.温度达到α+β两相区时，片状α相从口相中析出，同样由于温降较快，析出的片状α相尺寸减小，从而形成较细小的网篮状组织.锻态高温钛合金局部会出现尺寸略大的块状α相，如图3α）所示，这将会对会对组织性能的均匀性带来不利影响，通过采用扫描电子显微镜对块状α相及网篮组织中α板条区域的能谱分析（EDS所选区域及对应的能谱结果如图3b）和表1所示），发现网篮组织中各元素含量均略低于块状α相的元素含量，因此可以判断块状α相的产生主要是由于原始铸锭中成分偏析造成的，铸锭凝固过程中，由于中心区域冷却速度较慢，合金元素更易发生偏析，从而导致从铸锭边缘区域到中心区域的初生块状α相逐渐增多.另外，在进一步锻造过程中，合金元素偏析难以消除，而且高温锻坯的边缘到锻坯中心形成温度梯度，锻坯中心区域的温度较高且冷却速度较低，初生α相在锻坯中心区域长大速度要快于边缘区域，这也是引起锻坯中心区域初生块状α相较多的原因之一.
高温钛合金铸锭经锻造后，显微组织明显细化，这将对高温钛合金的力学性能产生显著影响，图4为锻态高温钛合金的室温拉伸性能测试曲线，其抗拉强度达到1138 MPa，延伸率为7.3%，与铸态高温钛合金力学性能相比提高明显（铸态合金抗拉强度和延伸率分别仅为1000 MPa和5%左右）.图5为锻态高温钛合金分别在650℃、700℃和750℃条件下拉伸力学性能的测试结果.由图5可见，随着测试温度的提高，强度降低而塑性提高，但即使在650℃和700℃的条件下，其抗拉强度仍然可以分别达到近752 MPa和550 MPa，延伸率分别达到约12%和15%.
图6为不同温度下锻态高温钛合金的强度与塑性变化曲线.从图中可以发现，在低于650℃的测试条件下，高温钛合金的强度降低较缓慢，当测试温度达到650℃以上时，强度下降及塑性上升均较快.但从总体上看，从室温到700℃，锻态Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高温钛合金均展现出优异的力学性能.
图7为锻态高温钛合金在不同温度条件下进行拉伸性能测试的断口形貌.从断口可以看出，室温下主要为穿晶解理断裂，随着测试温度的提高，韧窝逐渐增多，且韧窝深度增加，沿晶断裂趋势增加，塑性提高明显.
3 结 论
1）锻态Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高温钛合金为近α型钛合金.其显微组织为网篮组织，从锻坯边缘区域到中心位置，初生α相的尺寸逐渐增大.接近锻坯中心的局部位置存在尺寸较大的初生α相，这主要是由铸锭成分偏析所导致的.
TiAl高温合金产业专利分析 第7篇
随着航空工业的迅速发展,我国大飞机项目已列入国家重大计划进行实施,而高性能发动机是发展先进大飞机的基础。作为发动机关键部位之一的涡轮叶片,在工作过程中通常要承受1600-1800℃的高温,同时还要承受300米 / 秒左右的风速,在此恶劣的工作环境下可靠工作成千上万小时。发展制造大飞机,先进材料,特别是发动机高温材料和制造技术亟待突破。
TiAl合金以其轻质、高比强、优良的高温力学性能、良好的阻燃性和优异的抗氧化性能成为了发动机高温结构材料的研究热点之一。2007年美国波音公司宣布,其787民用客机使用的GE公司发动机GENX低压涡轮后两极叶片将采用TiAl合金,减轻发动机质量约800磅,掀起了全球TiAl合金的应用热潮。
为了解国内外钛铝合金制备的专利申请情况,本文以国家知识产权局专利检索与服务系统中CNABS和SIPOABS数据库为主要信息来源,检索采用分类号与关键词相结合的方式,涉及关键词主要为:钛铝、钛化铝、铝钛、金属间化合物、高温合金等,涉及的国际专利分类号为C22C14/00,去除噪声后共获得国内发明专利109件,国外发明专利545件,以此作为分析的数据样本。由于专利延迟公开的情形,统计的文献申请日期截止到2011年10月1日。
1 专利申请总体趋势
钛铝合金的研究从50年代初开始,自1952年美国Rem-Cru首次申请专利保护以来,国外专利年申请量长期在个位数徘徊。1984年美国国家材料资讯局(NMAB)向美国政府递交报告,详细阐述了钛铝合金的性质及国防应用潜力,引起世界各国的普遍关注。自上世纪九十年代起,国外发达国家和地区的研究开始转向最佳成分、合适工艺,以提高使用性能为主的应用研究,因此专利申请量迅速增多,而近年来TiAl合金的工程化进展缓慢,因此在国外的专利申请量降低。
国内对钛铝合金的研究在上世纪八十年代末开始起步,TiAl合金的首次专利申请出现在1991年北京科技大学对高铌钛铝系金属间化合物提出专利保护。自2000年开始,国内专利年申请量出现小幅增长,并于2005年跳跃式提升,至2008年开始已超过国外同期水平。由此可见,我国近年来钛铝技术获得较快发展,且专利保护意识大大提升。
2 国外专利申请的国家分布
对TiAl合金制备领域国外专利申请国别研究发现(参见图2),日本以377件专利数量占据绝对优势地位,而德国和美国分别位于第二、三位,且专利申请量大幅领先其他国家。结合申请量居于前十位的专利申请人排名可见,日本企业即有8家,且均为大型企业,科研力量雄厚,而企业之间的相互竞争与对市场占据的重视促进了其技术研究及科技成果向专利申请的转化,进而带来日本相关专利申请量的大幅增加,以及其专利布局的提早成形。
而在钛铝合金领域研究和使用上处于领先地位的美国专利申请数量并不多,其可归因于美国的研究率先应用于航空航天领域,如美国GE公司自行研制的48-2-2铸造合金已在波音787发动机上获得应用,因此其对核心、前沿技术的保密性更强。
3 国内专利申请的省市分布
统计显示,国内TiAl合金领域的申请主要集中于北京、黑龙江、陕西、河南、山东等省,而其他多个省市的申请较为分散。图3为国内各省市申请量分布,结合后续研究可知,北京依托于北京科技大学、中国科学院金属研究所等高校和研究院所大幅领先于其他省市 / 地区,占据TiAl合金制备领域专利申请量的领先地位,黑龙江依靠哈尔滨工业大学紧随其后。
4 国内专利申请的机构分布
通过对国内专利申请人的研究发现,我国TiAl合金制备专利申请主要集中在高校和研究所,其比例高达72%,而公司申请仅占8%,数量最少,且高校的首件专利为1991年提出申请,而公司的首件专利出现在2008年。究其原因,在于TiAl合金研究的成本高,产业转化率低,因此其研究主要集中在高校和研究所,依靠国家政策引导和资金支持以基础性研究为主,且正在进入工程化阶段。排名前5位的高校/研究院所如表2所示.
结合钛铝合金性质可知,钛铝合金虽然具有轻质、高比强、耐蚀、耐高温和抗氧化等有点,然而其室温塑性差一直是阻碍钛铝合金应用的重要因素,因此各大高校 / 研究所分别从各个角度系统化研究以实现钛铝合金的实用化。
5 专利申请的类型
我国专利申请的类型以方法权利要求为主,其中方法类申请占据国内总申请量的56%,且同时申请保护方法和产品的专利申请占据24%,可见目前我国TiAl合金实用化的重点在于合金的制备和加工方法。
其主要原因在于,TiAl合金的力学性能对微观组织十分敏感,且其在实际应用中仍存在很多阻碍和问题,因此需要进一步优化TiAl基合金的制备工艺及后续处理工艺,以控制材料的组织和性能,并进一步降低成本。
而在对专利申请中钛铝合金制备和加工方法的研究中发现,粉末冶金的研究占据主要地位,其次为铸造成型和热加工;这主要取决于粉末冶金方法近净成形的技术优点可极大克服钛铝合金难成形的缺点,并通过精量化成形降低了生产成本,具备更强的产业化前景,因此通过粉末冶金方法制备TiAl合金部件,如薄板,成为了克服TiAl合金难加工的突破口之一。
6 总结
虽然,TiAl合金显示出巨大的性能优势,然而其制备加工方法仍然是其产业化的巨大障碍。如何减少制造缺陷、降低加工成本,并提高合金使用性能成为了我国目前TiAl合金产业化研究的当务之急。因此建议加强基础加工方法的研究,如提高合金熔炼时的纯净度、减少铸造缺陷、降低粉末冶金零件的含氧率等普适方法的研究。
高温合金薄壁零件加工工艺研究 第8篇
(1) 概述部分:介绍GE公司轴承后旋转密封件的结构特点和加工工艺难点; (2) 工艺路线及机械加工:针对零件结构特点和加工难点论述零件加工工艺和机械加工过程;
1 GE典型航空薄壁零件结构分析
高温合金材合金材料在各种系列航空发动机内广泛使用, 其轻质量化及大推重比, 决定发动机内部零件需尽量采用薄壁零件, 尤其是高温合金零件。本文就GE航空发动机部分典型薄壁零件进行深入分析。
1.1 典型零件轴承转子封严圈
典型GE航空发动转子封严圈, 典型结构均为一端大一端小, 整体壁厚不超过2.5mm, 零件小端最薄处壁厚仅为1.27mm, 且在零件的端口处有热喷涂, 零件大端为零件装配基准, 基准处有24或28处花边, 铣加工花边处, 壁厚为2.5mm。零件的装配止口公差均为±0.0254mm。零件整体如图1:
1.2 零件材料及特点
1.2.1 镍基高温合金
镍基高温合金是以镍为基体在650-1000°C范围内, 正是由于镍基高温合金特点, 其材料被大量用于航空发动机中的高温下长期工作的发动机零件。
1.2.2 工艺难点
该系列零件为薄壁零件, 车加工时, 零件大端止口及小端圆跳容易变形, 铣加工时, 零件轮廓度超差, 不容易合格, 热喷涂后, 零件小端圆跳超差。研制时遇到的具体问题如下:
(1) 精车小端工序, 精车内外圆时, 由于内应力的释放, 造成大端基准平面度及圆度状态较差, 于是, 小端外圆加工完成后跳动超差严重, 一次加工不合格率在80%以上。
(2) 铣加工花工序, 花边壁厚为2.54mm, 数量为24-28处, 轮廓度要求相对A, B, C基准不大于0.25mm, 技术条件严格, 一次加工不合格率达50%以上。
(3) 修基准工序, 大端基准圆度尺寸超差严重, 不合格率约占20%, 由于基准圆度超差, 导致最终机加工序-修基准时找正困难, 部分零件已无余量修基准。
(4) 车涂层工序, 热喷涂造成发生变形严重, 导致车削后涂层的跳动超差严重, 即使在约束条件下, 不合格率也在50%以上。
2 加工工艺研究
2.1 工装和刀具选择
工装:工装的好坏直接决定零件的加工精度, 尤其对于高温合金薄壁类零件, 于是选择合适的工装至关重要。针对高温合金薄壁件加易变形的特点, 就以下几个方面对工装进行了考虑:
(1) 结构刚性。工装本身要具有足够的刚性, 确保零件装夹后能够承受足够的切削力, 不能存在加工中的零件窜动, 且必须有辅助支撑部件, 在不存在过定位的情况下, 尽可能的支承住零件易变形位置。
(2) 结构灵活性。便于装夹, 结构简便, 拆卸方便, 尤其时具有有辅助支承的夹具, 常常需要在加工中进行装卸, 为降低工人的劳动强度, 提高加工效率, 需要设计轻便快捷的辅助支承模块。
刀具:镍基高温合金是一种难切削材料, 在加工中这两种材料很容易产生亲和, 因此应选用涂有相对耐磨涂层的刀具, 防止在切削中, 刀具磨损过快, 而造成零件表皮硬化, 尺寸超差。
2.2 工艺路线
由于零件整体结构为薄壁环形件, 极易变形, 故考虑车加工应考虑粗精分开, 车加工完成后进行铣加工, 而后对零件进行修零件基准, 然后进行喷涂, 最后安排车削涂层。
2.3 车加工的攻关
针对制定好的工艺路线, 对车加工进行了研制攻关:
研制初期零件余量安排:粗加工余量为4.5-8mm, 半精加工单边余量为2mm, 精加工单边余量为1mm。
研制初期零件加工方法:
(1) 粗加工, 采取四爪卡盘夹紧零件, 直接用焊接刀进行去除余量。
(2) 半精加工:采用数控卧车进行车削, 机夹刀片去除零件余量。
(3) 精加工:采用数控卧车进行车削, 机夹球刀片去除零件余量。
研制初期所遇到的问题:
(1) 精车小端工序, 精车内外圆时, 由于内应力的释放, 造成大端基准平面度及圆度状态较差, 于是, 小端外圆加工完成后跳动超差严重, 小端内圆跳动要求0.05mm, 加工后实际为0.12mm, 外圆跳动要求0.10mm, 加工后实际为0.12mm。
(2) 修基准工序, 大端基准圆度尺寸超差严重, 加工余量为0.254mm, 但零件本身喷涂后基准跳动为0.2mm, 最小余量处理论上只有0.05mm, 但零件基准A平面度为0.1mm, 零件夹紧及松开时, 都会产生一定的变化, 保证基准±0.025mm的公差十分困难。
2.4 针对研制初期零件出现的各种问题, 进行了攻关:
(1) 工艺中增加修基准工序, 在粗车完成, 半精车工序后增加修基准工序, 目的是消除前工序产生的变形, 为后续工序加工做好基准定位。
(2) 调整加工余量:粗加工余量调整为5.5-9mm, 半精加工单边余量调整为1.5mm, 精加工单边余量调整为0.5mm。此改进也大量节省机加刀片, 使得车加工刀片费用降低了近50%。
(3) 粗加工时采用自制夹具, 减少研制初期由四爪卡盘加紧零件而产生的内应力。
(4) 增加零件各工序加工后零件的时效时间, 每道工序需要自然时效24小时以上。
(5) 半精加工斜面改为偏刀车削, 减少球刀切削产生的内应力。效果:
(1) 零件精车小端后, 内外圆跳动合格率达100%。
(2) 喷涂后, 零件修基准合格率可达95%以上。
2.5 铣加工的攻关
铣加工工序要求完成厚度为2.54mm的28处均布花边和孔, 以及完成零件外斜面筋的加工。
原加工方法为零件小端向上, 可以同时铣加工零件加强筋及花边。但是加工中存在的震动及变形, 造成花边表面粗糙度及轮廓度超差较为严重, 达到50%。分析原因后, 进行了如下工作:
工艺规程方面:
拆分零件的加工工序, 将铣花边及铣加强筋分为两道工序。
夹具方面:自制铣加工夹具, 加工时, 零件的大端向上:通过以上方法解决了, 因刀杆过长问题, 导致加工时, 刀具震动, 刀具打刀的现象。同时在加工时发现另一问题, 加工时, 零件仅有止口定位, 无法将零件固定住, 加工时存在零件窜动现象, 这样我们做了两组销子及在夹具上钻孔。
3 加工工艺总结和推广
此次对高温合金零薄壁件的加工工艺方法的一次改进总结, 发现了一些高温合金零薄壁件的加工工艺方法, 如何合理安排零件工艺路线, 选用合适的工装, 选用合适刀具进行加工, 安排合理的走刀路线;除此之外, 也对刀具对零件加工中应用的重要性有所认识, 这些方法和措施也会推广到GE公司其它的高温合金薄壁零件的研制中去, 不断摸索与创新。
参考文献
[1]金属切削手册.技术中心金属研究室.
[2]金属切削技术指南.山特维克可乐满.
[3]西门子编程教程.
[4]AMS4132.美国航空材料标准.
[5]机械零件设计手册[M].北京:机械工业出版社.
高温合金 第9篇
机匣类蜡模是我厂迄今为止复杂程度最高的一种蜡模, 随着机匣零件的复杂化, 其相应蜡模的复杂度必将会越来越高, 该类模具普遍特点是:整体结构复杂;活块多;加工精度高;加工周期长。为了改善这种状况, 从工艺和生产两方面入手, 通过创新来找到一种即可缩短制造周期, 又可以提高模具整体质量的加工路线。
1 模具结构分析
通过三维装配图, 可以看出模具结构复杂, 成型部分分为内、中、外三层, 中间一层又分为中上外、中上中、中上内、中下外、中下中、中下内共计6层, 加上内、外环成型零件共分为8层, 每一层均有16-24个不规则形状的活块组成, 活块共计128件, 成型芯子共计24件, 上下模各一件, 其余锁紧、定位机构的主要零件共计27件, 经过统计, 除去所有的辅助小零件, 单是主要件就有181件。要求各活块拼合后形成的型腔精度达到±0.05mm, 加工难度极大。
2 工艺路线的合理安排
分析以前类似模具的加工特点, 首先从工艺路线上进行重新安排, 重点体现在以下四个方面:
2.1 增加易变形零件的热处理实效的次数, 以消除加工应力和组织应力, 从而减小加工变形。
2.2 合理的安排主件的粗加工、半精加工和精加工, 比以前增加了半精加工工序。
2.3 增加组合加工的比例, 提高加工精度的同时提高加工效率。
2.4 适当更改模具结构, 降低模具加工难度
下面以中下活块为例来说明工艺路线的创新安排, 中下活块分为内中外三层:
首先各活块分别按加工示意图加工出结合面和定位销孔 (回转型面按最大轮廓粗铣留3-4每边) 。
然后研合其结合面将其组立到自制的夹具板上, 立车加工结合面和部分回转型面 (结合面要求配车研合, 有些型面暂不加工) 。
待中下内、中、外三层环的结合面全部加工完成后, 再将这三层环连同其把板组立到另外一个特制的夹具板上, 整体由数控铣加工所有型面。
通过这种加工不但有效的保证了零件型面的一致性, 而且大大提高了工作效率。
3 优化数控加工程序及走刀路线
对于数控铣加工质量的控制与提高, 主要从以下几个方面进行了改进
3.1 进行夹具建模, 在模拟加工中可以明确看出夹具的干涉状况, 另外夹具设计要有利于装夹。
3.2 粗精加工分开, 粗加工用一种数控程序, 精加工用令一种数控程序。
3.3 选择合适刀具, 刀具磨损后及时更换。
3.4 调整加工参数, 精加工时减小进给量和步距。
3.5 根据相应情况调整走刀路线。
4 更改零件结构提高加工质量和加工效率
中上活块组件的每一个活块上都带有一处凸台, 小凸台不但使毛料尺寸加大, 而且加工时也不方便, 首先它影响了各活块把夹具板时装夹孔的布置, 其次使得大部分结合面不能用平磨加工出来, 再就是使得数控铣加工的工作量变大, 后经与设计沟通将各处小凸台解体加工。
经过改动, 不但降低了材料消耗, 且大大简化加工, 提高了加工效率和加工精度 (更改前大量的铣加工面可用平磨直接磨出, 精度和光度都得到提高) 。
5 改善生产组织方式
5.1 召开专题会, 作动员, 全体人员达成共识, 明确目标, 坚定信心。
5.2 平行作业, 工艺上先提锻件, 再完善工艺, 有效减少等待时间。
5.3 由钳工进行生产拉动。根据需求进行生产, 保证在钳工需要的时间, 给他们合适的零件。工艺绘制三维装配图, 装配关系一目了然, 从管理者到现场钳工利用此图, 保证了拉动的准确, 做到该产的产出, 不急的缓产, 避免了生产资源的浪费。
5.4 关注细节, 确保生产过程受控, 每天对任务时, 专门协调该工装的产生问题, 及时解决, 管理人员每天到现场了解情况, 及时反馈信息, 协调问题。
5.5 合理利用各种资源, 开辟该工装产生绿色通道。工部内所有资源向该工装开放, 做到活未到, 指令先到, 设备预留, 人员预留, 保持生产畅通。
结语
目前此模具已经加工完成, 使用效果良好, 以前此类模具的加工周期为六个月, 现在本模具的加工周期仅为两个月, 加工质量提高的同时大大缩短了加工周期。
摘要：中介机匣型蜡模结构复杂, 加工繁琐。在以往的加工中加工周期普遍较长。本文通过对模具结构的细致分析, 并结合以前此类模具的加工特点, 在工艺和生产上进行了全方位的创新, 实践证明了这种技术创新在模具加工中对缩短加工周期和提高加工精度起到很大的促进作用。对于拓宽加工和生产的思路具有重要的实际意义。
关键词：组合加工,活块,机匣蜡模,效率
参考文献
[1]金属材料手册[M].北京:化学工业出版社.
[2]实用金属切削加工工艺手册[M].上海:上海科学技术出版社.
[3]数控加工工艺手册[M].北京:化学工业出版社.
高温合金薄壁机匣加工技术 第10篇
关键词：机匣,变形,切削液,加工方法
1 零件结构特点及材料特性分析
1.1 产品结构特点
该机匣径向内外岛屿繁多形状各异, 内圆三种形状凹槽百余个, 且在零件上下端面、径向岛屿及侧壁排列多组装配定位孔。加工外部岛屿及内壁上中下各类凹槽时余量及切削力大极易造成工件变形, 直接间接尺寸繁多不易保证。
1.2 材料特性分析
该零件材料为MSRR7209 (相当于Inconel 718) , 属于高温合金, 毛料供应状态为固熔状态, 成品零件为固溶时效状态。Inconel 718是一种沉淀硬化的镍铬合金, 含有相当数量的铁、铌和钼, 以及少量的铝和钛。它把耐蚀性、高强度与杰出的焊接性能 (包括抗焊后破裂的性能) 结合在一起。在高达700。C的温度下, 该合金具有极佳的蠕变断裂强度。
2 零件加工工艺性及变形影响分析
1) 从零件的结构特点和材料特点及加工性能分析, 零件的加工工艺性分析如下:
(1) 零件壁薄、刚性差, 岛屿及开槽处材料去除量大, 加工中极易变形; (2) 由于岛屿部岛屿中间孔及槽切削力大, 在限制零件加工后残余应力释放产生变形起不到较好控制; (3) 锻件毛料尺寸余量大, 大量原材料去除, 形成一部分机加内应力。
2) 机匣零件的加工变形机理
变形:作用力引起的结构或构件中各点间的相对位移。变形分为弹性变形和塑性变形。弹性变形一载荷撤除后, 可完全恢复的变形。塑性变形一载荷撤除后, 不可恢复的变形。在实际的零件加工过程中, 以上两种变形均存在并对零件最终尺寸的影响起到一定作用。
3) 变形产生的来源
(1) 毛坯制造过程中产生内应力; (2) 机械加工产生的内应力; (3) 零件在加工过程中自身的内应力重新分布引起的变形。
4) 加工阶段划分及加工变形控制
由于零件结构复杂、壁薄, 容易产生加工变形, 对制造精度影响特别大, 因此, 加工时应划分阶段进行。通常划分成, 半精加工阶段和精加工阶段。目前, 在控制机匣件的加工变形主要从以下两个方面进行:
(1) 确定最佳的工艺方案
为解决机匣加工的变形问题应尽可能地采用数控加工。采用合理的走刀轨迹是控制零件变形的有效措施, 同时对零件装夹方式和切削策略的合理选择等也是控制机匣变形的有效途径之一。
(2) 优化切削参数
切削参数是加工过程中对切削力影响最大的指标。通过对不同材料机匣的数字化工艺验证, 确定合理的切削参数来减少加工中零件的变形。
3 机械加工路线设计
3.1 加工顺序的安排
(1) 机械加工顺序的安排—— (1) 先基准后其它; (2) 先粗后精; (3) 先主后次、穿插进行; (4) 先面后孔。
基准加工——主要面粗加工——次要面加工——主要面半精加工——次要面加工一修基准一主要面精加工。
(2) 热处理工序的安排
机匣零件在加工过程中, 通常都安排有热处理工序。
为了消除内应力而安排的热处理工序, 通常安排在半精加工之后, 精加工之前, 或者安排在粗加工之后, 半精加工之前。安排热处理工序的位置时, 要综合考虑零件的设计结构、材料、加工余量、加工方法等因素。
3.2 工艺路线安排
根据公司多年来加工机匣零件的经验, 以及与RR公司技术专家的探讨并经过专家组评审, 确定机匣加工工艺路线如下:车小端一车大端一钻孔一铣内圆岛一去毛刺一车外圆一精铣岛屿外形一标印一去毛刺一修基准一精车外圆一精车内圆一精铣一去毛刺一精铣一检验一荧光检查一清洗—装配—最终检验—入库。
该工艺是典型的“先车后铣”工艺路线。
4 半精加工精铣岛屿外型和精加工内外轮廓及孔加工方法
半精加工和精加工时, 应在保证加工质量的前提下, 兼顾切削效率、经济性和加工成本。它的目的是要得到加工尺寸和降低工件的表面粗糙度, 理想的尺寸精度取决于机床精度和加工残余的均匀程度, 因此, 要避免在加工过程中受力的突然变化, 使切削力均匀;工件的表面粗糙度主要取决于切削速度, 切削速度的大小是由刀具直径的大小和主轴转速的高低决定的。线速度越大, 工件表面质量越好, 但同时, 线速度加大也会加剧刀具的磨损程度。所以, 在能够达到工件表面质量要求的前提下, 不宜采取过大的转速。降低表面粗糙度的另一个主要参数是每齿进给量, 即主轴转一转, 刀具在工件表面滑过的距离, 这个距离越小工件表面质量越好。但过小的进给量又会影响效率的提高, 所以, 在达到工件表面质量要求的前提下, 又要适当的加大进给速度。
5 难点分析及解决措施
1) 为保证零件的最终加工尺寸, 有效降低变形和表面质量情况在装夹方面对工装夹具进行合理改进, 由原始无支撑夹具添加活支撑利用活支撑将工件内壁撑住在加工中有效抵抗切削大对工件所照成的变形现象。
2) 降低切削热
由于陶瓷刀具切削特点干切削, 切深大, 切削速度高, 加工后零件表面切削热大, 此机匣结构特点薄壁热量透过工件达到内部造成工件内部糊焦, 内部组织元素发生改变, 不符合技术要求, 经过一再探索研究在加工前将工件内部灌满冷却液直接从内部进行冷降温, 最终加工后内部表面糊焦现象被解决, 此方法不但不会违背陶瓷刀具干切削这一特性要求, 还可有效降低切削时刀具与工件切削时所产生的震动。
3) 切削液的使用
为了降低切削温度和切削力, 改善加工表面质量, 保证加工精度, 提高生产效率, 我们选择了润滑性和冷却作用均优的高效重负荷乳化切削液, 并在其中添加优质极压添加剂, 及表面活性剂。如此不仅能降低零件的切削温度, 还起到了很好的润滑作用。
谈谈高温防暑措施 第11篇
一、夏季用冷水淋浴，对身体有害还是有利?
有些人担心夏季用冷水淋浴，冷热相激会引起疾病，因而不敢用冷水冲浴。其实，淋浴一般多是用的自来水，如长江中、下游各省市夏季的自来水水温，多只比室外气温低6～7℃。当气温为37℃时，自来水温一般为30～31℃，此时健康人皮肤表面温度常在32℃左右。用这种温差不太大的水淋浴，不会使身体感到过凉而不适，相反，还可帮助身体散热，有舒适感，能消除疲劳，很快恢复旺盛的劳动能力。当然，有些地区的自来水取自地下水，水温较低；或水温与气温、体温的温差较大，这时要使用冷水淋浴就要因人而异了，特别不宜猛然大开冷水龙头，而对于体弱有病的人更要慎用或忌用了。
二、防暑为什么最好饮用含盐饮料?
高温天气，人由于大量出汗，身体里的盐分主要通过汗液大量带出。一般健康成人此时每天出汗约6～8升，耗盐20～25克，如不及时补充，就会造成身体水盐平衡失调从而引起中暑。为了补偿所失水分和盐分，最好的办法是随饮料进盐。一般情况下，健康成人每人每天摄进水8～5升、盐20克即可。通常在饮食中已摄进食盐12～15克，故饮料中再需补充盐8～10克。如果补充0.2～0.3％的盐开水或盐茶即可达到标准。茶含鞣酸能促进唾液分泌，具有解渴作用；又含有咖啡因，能使人兴奋精神，减少疲劳，因而盐茶效果更好。此外，不少厂矿于午餐供应鸡蛋番茄汤、冬瓜汤等，也都是补充水和盐的好办法。要注意的是，水分补充量要适当掌握，有的同志喜欢一次暴饮，这易引起大量出汗，只起到暂时止渴的作用，不能达到补充水和盐的目的，对身体不利。所以高温天气饮水要少量多饮，每次以300～500毫升(约一中等茶缸)为宜，饮料温度以8～12℃为好。
三、在太阳直射或其他幅射热的地方，穿长袖衣服戴帽子，是好，还是不好?
在有辐射热的地方劳动，感到特别灼热，为此，有些同志宁愿解开衣服，裸胸露体。这样是不是凉快一些呢?实际上不是的。若穿了工作服，辐射热投射到衣服帽子上，有一部分被衣服帽子所吸收，另一部分被衣帽反射回去，因而只有一部分热量透过衣帽作用于人体。若是不戴帽、袒胸露背，那么辐射热直接作用于头部，会使头脑直接受热，出现沉重感和疲劳；作用于胸、背，能直接使该部位皮肤血管受热，因而使身体不断蓄热，这些都是发生中暑(日射病)的原因。为此，在炎热太阳下露天作业，必须佩戴工作帽，以保护头部；在有辐射热的地方，必须穿上工作服，某些特殊作业如炉体抢修，尚须穿隔热、透气的防热工作服。
四、用喷雾方法降温，倒底好不好?
高温合金锻造后的组织缺陷分析 第12篇
我国的GH4169高温合金与美国的Inconel 718合金成分相似。Inconel 718合金是由美国国际镍公司 (Inco Alloys International) 亨廷顿分公司 (Huntington) 的H.L.Eiselstein研制成功, 并于1959年公开的一种以体心四方Ni3Nb (γ″) 和面心立方Ni3 (Al, Ti, Nb) (γ′) 析出强化的镍基变形高温合金。合金在-253~650℃之间具有高的抗拉强度、屈服强度、持久强度和塑性, 同时具有良好的抗腐蚀、抗辐照、热加工及焊接性能, 因而成为航空、航天及核能、石化领域大量应用的关键材料[1]。
GH4169高温合金是我国研制的一种铁镍基变形高温合金。该种材料在锻造成型后机械加工时, 进行表面低倍腐蚀检查, 发现零件表面有暗色类似腐蚀性的斑点, 怀疑是“黑斑”。但该种材料的腐蚀性黑斑与δ相偏析均会形成颜色暗淡的腐蚀区, 而我们还没充分认清黑斑的低倍和高倍组织形貌, 两者分辨困难。因此, 准确分析该种材料黑斑的缺陷性质, 避免错判, 具有重要意义。
1 试验过程的确定
从有缺陷的零件中选取了2件斑点较多的零件, 其中斑点最多的做被解剖件, 另一件重新腐蚀后, 涂漆保存。
1.1 组织形貌分析
先对零件进行低倍照相, 保留缺陷的宏观形貌。再用线切割方法切取试样, 用Neophot32光学显微镜[2]和S-4800扫描电子显微镜观察缺陷的微观组织并照相。
1.2 热处理试验
试样照完高倍组织后, 在1160℃条件下保温1 h进行热处理以消除Laves相[3], 来验证Laves相是否回溶[4]。
1.3 相成份分析
用S-4800扫描电子显微镜上的能谱对缺陷中的相进行成份分析, 对能谱不确定的相, 用X-射线衍射仪进行验证, 来确定相的性质[5]。
1.4 高倍组织的检查方法比较
对在低倍组织检查下判断不了的缺陷, 进行高倍组织检查。对抛光、腐蚀后的试样采用复型、喷铬、照相和直接用三维视频显微镜观察照相进行比较[6], 对比两种方法的实用性。
2 试验分析
2.1 组织形貌分析
黑色斑点在零件上呈放射状分布, 且平面处的斑点较大、数量少 (见图1) ;零件边缘分布较密集 (见图2) 。
切割下斑点磨制金相试样, 在Neophot32光学显微镜下观察, 斑点中δ相密集, 分布于晶界和晶粒内, 斑点周围晶粒度粗大, 晶内无δ相;斑点中富集了大量的白色块状物 (见图3) , 且平面与边缘上的斑点微观组织基本相同。
在S-4800扫描电子显微镜里观察黑色斑点, 是由不受腐蚀的块状物堆积或成链状形成的不规则网, 使斑点看起来较粗糙;而块状物周围腐蚀较重, 使整个斑点看起来较暗, 形成“黑斑” (见图5、图6) 。
2.2 热处理试验
热处理后, 缺陷中白色大块相基本消除, δ相也完全回溶, 晶粒长大。通过热处理试验证明白色大块相是高温合金成份的分析。
用S-4800扫描电子显微镜上的能谱对缺陷及其中的相进行成份分析, 黑色斑点区的铌、锰、钛成份比正常区域的偏高;白色不规则形状的块状物成份相同;形状规则的灰色块状物成份是碳化物。用X-射线衍射仪对斑点缺陷处进行检查, 结果表明, 缺陷处有少量铌铊相和大量的铁镍相。
2.3 高倍组织的检查方法比较
零件上其它缺陷经抛光腐蚀后采用AC纸复型, 再用真空喷镀仪喷铬, 在金相显微镜上观察照相。图6为复型后的高倍组织, 组织清晰可辨。
3 结果分析
黑斑的定义为GH4169高温合金的腐蚀表面呈现的黑色斑点, 富集铌、锰、铝、钛元素, 形成Laves相、δ相、碳化物等金属间化合物, 也称点状偏析[7]。而缺陷处的金相分析表明, Laves相成份为22.3%~28%铌、10%锰、12%铁、10.5%铬、0.1%铝、0.5%钛、34%镍。碳化物中铌的质量分数高达80.4%;解剖分析结果表明, 缺陷中不规则的白色块状物是富铌而无碳化物的Laves相, 另一种块状相铌含量高达84%, 通过χ射线证明是一次碳化物。
综上所述, 该缺陷微观特征可描述为密集的δ相分布于晶界和晶粒内, 其中富集了大量的Laves相和少量碳化物, 并且缺陷处铌、锰、钛、硅元素富集, 完全符合“黑斑”的定义。
所以, 该GH4169高温合金零件上的缺陷性质可判定为黑斑, 其实质是合金中元素偏析造成的腐蚀反应。从微观组织特征来看, 黑斑与其它缺陷如δ相偏析[8]、“花纹”存在本质区别。δ相偏析和“花纹”在也是在零件表面形成暗腐蚀区, 但它们的微观组织不同。δ相偏析本质是铌偏析, 低倍时可观察到黑色条带, 但高倍时观察不到Laves相和碳化物的明显堆积, δ相虽多, 在晶内未呈魏氏体状分布[9]。而“花纹”宏观上是由很多小黑点组成的, 其实质是碳化物堆积造成的腐蚀反应, 但晶粒和δ相状态均正常。
4 结论
GH4169高温合金在锻造成型后机械加工时, 进行表面低倍腐蚀检查, 发现的零件表面有暗色类似腐蚀性的斑点性质为黑斑。其实质是合金中的元素偏析造成的腐蚀反应;黑斑缺陷高倍特征为密集的δ相分布于晶界和晶粒内, 其中富集大量的Laves相和少量碳化物;用复膜法可直接在盘上检查该缺陷。
参考文献
[1]庄景云, 杜金辉, 邓群, 等.变形高温合金GH4169[M].北京:冶金工业出版社, 2006:1-3.
[2]雷闽.Neophot32光学显微镜数字图像系统方法确认[J].理化检验, 2007 (43) :614-618.
[3]师昌绪, 仲增墉.中国高温合金五十年[M].北京:冶金工业出版社, 2006:27-29.
[4]雷应毅, 姚泽坤, 宁永权, 等.热处理对粉末高温合金不均匀变形的改善作用[J].稀有金属材料与工程, 2012 (9) :17-18.
[5]胡本芙, 刘国权, 贾成厂, 等.新型高性能粉末高温合金的研究与发展[J].材料工程, 2007 (2) :6-9.
[6]刘丰军, 张麦仓, 董建新, 等.FGH95合金的高温氧化行为[J].北京科技大学学报, 2007 (7) :37-40.
[7]刘新灵, 陶春虎.FGH96粉末高温合金损伤行为与寿命预测[J].失效分析与预防, 2011 (2) :7-8.
[8]刘东, 罗子健.GH4169合金锻件的混晶组织[J].热加工工艺, 2004 (9) :11-12.
【高温合金】相关文章：
镍基高温合金07-09
高温合金零件工艺研究06-18
DD6单晶高温合金06-10
铁基高温合金的抗氧化性研究09-12
铝合金工程铝及铝合金06-15
烤瓷合金06-19
合金电镀08-13
阻燃钛合金06-28
银铜钛合金07-14