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氣渦輪發(fā)動機的重要零件，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化相Ni3(Ti、Al，還有一個方面是鎳和鉻配合使用能夠提高合金的抗氧化能力；加人高熔點的金屬元素如W、Mb、V、Co等來提高合金的再結晶溫度；加人W、Mo、V、Nb等強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的碳化物粒子，它們主要分布在晶界處，是強化相；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，是強化晶界的主要強化相；鈰的加入是為了進一步淸除液態(tài)合金中的雜質元素，因而使合金晶界處得到凈化，有較緊密的結合，有較高的強度。

       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，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性能，也和普通結構鋼一樣有規(guī)律地提高，但其橫向試樣的力學性能不像結構鋼那樣劇烈下降，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性能之間的差別。面結構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晶后仍部分地保留下來，加之結構鋼的雜質較多，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。

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

       晶粒尺寸對高溫合金的性能有較大影響，從室溫力學性能的角度看，晶粒愈細愈好。例如GH135合金，當晶粒度從4~6級細化到7~9級時，室溫疲勞強度從290MPa提高到400MPa,但從高溫性能角度看，晶粒適當粗些可使晶界總面積減少，有利于提高合金的持久強度。對于高溫合金來說，晶粒大小不均勻是最有害的，它將使持久強度和抗蠕變強度顯著降低。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外，還與固溶前鍛件的組織狀態(tài)有很大關系。如果鍛后是未再結晶的組織，而且處于臨界變形程度時，固溶處理后將形成粗大晶粒：如果鍛后是完全再結晶組織，固溶處理后一般可以獲得較細較均勻的晶粒；如果鍛后是不完全再結晶組織，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，應注意控制。