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什么是高溫合金焊接

更新日期:2017-08-31
摘要:

高溫合金按基體成分可分為鎳基高溫合金、鐵鎳基高溫合金和鈷基高溫合金,其中鎳基高溫合金開展最快,使用也最廣,鐵鎳基高溫合金次之。

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高溫合金是在高溫下有較高力學功能、抗氧化的抗熱腐蝕功能的合金。高溫合金按基體成分可分為鎳基高溫合金、鐵鎳基高溫合金和鈷基高溫合金,其中鎳基高溫合金開展最快,使用也最廣,鐵鎳基高溫合金次之。按強化方法分為固溶強化合金和分出強化合金(或稱時效沉積強化合金)等。按成型方法和出產工藝分為變形合金、鑄造合金、粉末冶金合金和機械合金化合金。

 

固溶強化高溫合金的基體為面心立方點陣的固溶體,在其固溶度范圍內經過增加鉻、鈷、鉬、鎢、鈮等元素,進步原子間結合力,發生點陣畸變,下降堆垛層錯能,阻撓位錯運動,進步再結晶溫度來強化固溶體。固溶強化的效果取決于合金化元素的原子尺度及參加量。原子半徑較大、熔點較高的鉬和鎢具有較好固溶強化效果,兩都總含量可達18%~20%。鉻可防止高溫氧化和熱腐蝕,但含量過高會下降γ相的固溶度,使合金的熱強化下降。鎳基固溶強化高溫合金一般均具有優秀的抗氧化、抗熱腐蝕功能,塑性較高、焊接功能好,但熱強化性相對較低。鐵鎳基固溶強化高溫合金,盡管與鎳基固熔強化高溫合金比較在熱強性、抗氧化和抗熱腐蝕等方面略差一些,但仍具有杰出的力學功能,較好冷熱加工工藝功能和焊接功能。

 

分出強化高溫合金是在固溶強化高溫合金的基礎上,經過增加較多的鉬、鈦、鈮等元素而開展的。這些元素除了強化固溶體外,經過時效處理,與鎳結合構成共格安穩、成分雜亂的Ni3(Al、Ti)相(也就是γ相,具有長程有序的面心立方結構)或Ni3(Nb、Al、Ti)相(也就是γ”相,有序體心四方結構)金屬間化合物,一起鎢、鉬、鉻等元素與碳構成各種碳化物(如MC、M6C、M23C6等)。因為γ’(γ”)相和碳化物存在,使合金的熱強性大大進步。此外,這類合金中還能夠參加微量的硼、鋯和稀土元素,構成空隙相,強化晶界。近年來開展的一些合金,往往選用固溶、分出和晶界多種方法強化,使合金具有優秀的歸納功能。跟著Al、Ti、Nb等γ(γ”)相構成元素含量的進步,其強化效果也增大,熱強性進步,但合金的冷熱加工功能和焊接功能隨之下降。一般以為,Al+Ti含量大于6%(原子百分數)的高溫合金焊接就很困難。

 

鎳基分出強化高溫合金具有很好的熱強性、抗氧化和抗腐蝕功能,正如前面所說到的冷熱加功能和焊接功能較固溶強化高溫合金差??墒?,在固溶狀態下,有些鎳基分出強化高溫合金仍是具有杰出塑性和焊接性。鐵鎳基分出強化高溫合金在中溫下具有較高的熱強性、杰出的抗氧化和抗熱腐蝕功能,在固溶狀態下,冷熱加工功能和焊接功能同鎳基分出強化高溫合金相相似。無論鎳基分出強化高溫合金仍是鐵鎳基分出強化高溫合金,當參加更多的鋁、鈦、硼等強化元素時,使其冷熱加工塑性下降,只能經過鑄造成型,一般鑄造合金的焊接較為困難。

 

氧化物彌散強化是在基體中參加一定量細微的彌散散布的氧化物顆粒,對基體進行強化,使合金具有很高的強度和某些特性。合金TDNi、TDNiCr是鎳鉻基中參加2%左右氧化釷(ThO2)顆粒強化,因為這種合金中的氧化釷在高溫下不易集合長大、不溶于基體,一起合金的熔點高,晶粒極細,在1000~1200℃下仍有較高的強度,抗疲勞功能高,缺口靈敏小,室溫塑性較好,可軋成棒和板材。氧化物彌散強化(ODS)合金是使用氧化物(如Y2O3和Al2O3)強化的合金,這類合金是選用特別的粉末冶金工藝出產,經鍛壓軋制成材。氧化物彌散強化合金,具有很高的耐久蠕變功能,是很有開展前途的新型高溫資料。其缺陷是成功率低,塑性、焊接性和耐蝕性差,有待處理。

 

高溫合金功能主要取決于合金成分和它的安排結構,如前面所述,難熔金屬元素Mo、W以及Co起到固溶強化效果,Al、Ti、Nb等γ構成元素起到分出強化效果。一般以為,強化效果應該核算W+Mo和γ構成元素的總量,而Co和Cr居于非有必要位置,合金的耐久強度跟著合金元素總量的增加而進步?,F在很多研究標明,高溫合金中參加微量的B、Zr、Ce和Mg等元素能明顯改進晶界情況,進步合金的蠕變功能,但要留意這些元素的參加量一定要嚴格操控,不然就會發生有害的效果,如使合金脆化,構成低熔點化合物等。

 

鑄造高溫合金多數是只能經過鑄造成型而不易進行冷熱加工變形的合金。跟著高溫合金工作溫度和強度要求的不斷進步,合金的強化元素含量不斷增加,成分起來越雜亂,高溫合金已不能進行冷熱成型加工,只能經過鑄造成型,這就呈現了許多這類專門用于鑄造成型的鑄造高溫合金。

 

粉末高溫合金是選用粉末冶金工藝出產的高溫合金。高溫合金進行冷熱加工困難,合金鑄態的偏析又嚴峻導致了顯微安排的不均勻和力學功能各向異性等,粉末高溫合金能夠戰勝上述缺陷,得到簡直無偏析、安排均勻、熱加工功能杰出的高溫合金資料。粉末合金因為大大改進了合金的熱加工功能,即使最強的鑄造合金(如Mar、M246),也能經過粉末冶金工藝變成變形高溫合金資料。從某種意義上來說,粉末冶金消除了現在的變形合金和鑄造合金的界線。粉末高溫合金現在還不能焊接。粉末高溫合金的工藝流程大致如下;預合金粉末制造→壓實(熱壓、熱等靜壓、揉捏等)→熱加工變形(模鍛、軋制等)→熱處理。

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