高温合金教材重点.docx
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高温合金教材重点
合金元素
原子序数
族
原子量
主要化合价
晶格类型
合金性能
其它特点
镍Ni
28
VIIIA
58.71
+2、+3、+4
FCC
近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素,它能够高度磨光和抗腐蚀
能扩大奥氏体区域
钴Co
27
VIIIA
58.933
+2、+3
HCP→FCC
熔点高、持久断裂曲线比较平缓。
优异的抗热腐蚀性能和冷热疲劳性能,良好焊接性。
降低基体的堆垛层错能。
钴加到镍基,降低Ti和Al的溶解度
铁Fe
26
VIIIA
55.845
+2、+3
BCC→FCC→BCC
纯铁具有银白色金属光泽;有良好的延展性、导电、导热性能
加入钴基合金中,可扩大奥氏体区
铬Cr
24
VIA
51.996
+2、+3
BCC
银白色金属,质极硬,耐腐蚀铬具有很高的耐腐蚀性,在空气中,即便是在赤热的状态下,氧化也很慢。
不溶于水
Cr十分之一进入γ`相,还有少量碳化物,大部分溶于γ固溶体。
C与活泼的难熔金属Ti、Ta、Hf、Nb生成MC化物。
钼Mo
42
VIB
95.94
+2、+4、+6
银白色金属,硬而坚韧。
Mo明显增大Ni固溶体晶格常数,并使屈服强度明显在增大
由于Mo的加入,使合金形成大量的M6C碳化物,这些碳化物细小弥散。
同时也进入γ`相,改变基体与γ`的晶格错配度。
Mo还能细化奥氏体晶粒。
铌Nb
41
VB
92.906
+2、+3、+4、+5
灰白色金属。
铌原子半径比铁、钼大。
Nb主要溶于γ`相,在γ相通常只占加入量的10%左右。
Nb还能降低γ固溶体的平均晶粒尺寸,但过多的Nb会引起Laves相的析出
钽Ta
73
VB
180.947
钽的质地十分坚硬,钽富有延展性,可以拉成细丝式制薄箔。
其热膨胀系数很小。
钽有非常出色的化学性质,具有极高的抗腐蚀性
钽在镍基高温合金中约80%进入γ`相,增强γ`相的效果,,约10%至15%形成富Ta的碳化物,只有5%至10%左右进入γ相。
Ta也降低γ固溶体的堆垛层错能。
钨W
74
VIB
183.84
+2、+3、+4、+5
钢灰色或银白色,硬度高,熔点高,常温下不受空气侵蚀
明显降低γ基体层错能,层错能降低有效的改善高温合金的蠕变性能。
进入γ`相改变γ`和γ的晶格常数及错配度
铼Re
75
VIIB
186.207
+3、+4、+6、+7
六角密集
外表与铂同,纯铼质软,有良好的机械性能
铼原子进入γ固溶体,降低其他合金元素的扩散速率,阻止γ`相长大,细化γ`相尺寸,而且提高γ∕γ`错配度。
但进入TCP相对组织不利,加入过多偏析严重。
钒V
23
VB
50.941
BCC
有延展性,质坚硬,无磁性。
具有耐盐酸和硫酸的本领。
主要分布在γ奥氏体约占70%至80%,其次分布γ`相约占14%至29%,在微量相分布很少,仅占2%至6%。
钒对合金晶粒有细化作用。
钌Ru
44
VIII
101.07
硬质的白色金属、化学性质很稳定。
主要溶于γ相中,使合金具有较大的负错配度,增加了单晶合金形成筏排组织的倾向。
注意:
1、M和Mo是非常有效的固溶强化元素,W在γ和γ`相各占一半,W既强化γ也强化γ`相,而Mo主要溶解于γ相,对固溶强化起主要作用。
2、Nb和Ta主要溶解于γ`相,对固溶强化也起主要作用。
3、Re原子在γ基体中易形成短程有序原子团,阻碍位错运动。
4、V对变形镍基高温合金的热加工塑性有明显提高,少量V使铁基高温合金消除缺口敏感性。
5、Ru是一种有效的固溶强化元素,可抑制TCP相,明显改善高温蠕变强度。
第4章合金高温的沉淀强化及合金元素的作用
4.1沉淀强化机理
4.1.1共格应变强化机制
1.晶格常数相差越大(即点阵错配度)愈大,γ'相周围应力场越强,造成的效果越显著。
2.凡是能够提高γ'相晶格常数的合金元素:
如Nb、Ti和Ta等,都增加γ'相周围的宫格相变,起显著强化作用。
凡是大部分能进入γ奥氏体的合金元素:
如Mo、Fe和Cr等固溶强化元素,都能提高γ奥氏体的晶格常数,从而降低γ和γ'相的共格应变。
γ''相为体心立方结构,晶格常数更大。
造成γ/γ'及γ/γ''相点阵错配度大大增加。
3.错配度太大的合金,在高温下γ'相变得很不稳定,容易聚焦长大,而松弛弹性应力。
Γ错配度小的合金,γ'相在高温稳定,因而对抗蠕变性能特别有利,通常表现为错配度越小,高温抗蠕变性能越好。
4.1.2Orowan绕过机制
在高温合金γ奥氏体基体内弥散分布的沉淀相颗粒,当这些颗粒比基体硬,强度比基体高,颗粒间距较大或者是与基体没有共格关系的外加弥散质点时,运动位错不能切割这些质点,而只能通过绕过方式越过这些障碍。
4.1.3位错切割有序颗粒机制
当高温合金γ基体中沉淀相硬度较硬,强度不高,且与基体γ共格,具有公共的滑移面。
且博格斯矢量相差很少或者基体中的全位错是沉淀相的半位错时,运动位错以切割γ'相形式越过障碍。
位错切割γ'相的所有理论,都与有序相γ'相反相筹界能有关,通常是反相筹界(APB)能高者合金的屈服强度高。
4.1.4位错攀移机制
当施加应力较低时,不足以开动位错切割机制或者Orowan绕过机制时,蠕变变形只能借助于位错以热激活攀移方式越过强化粒子。
沉淀相颗粒越大,间距越小,稳态蠕变速率越低,强化效果越好。
在高应力条件下,n=8.3~9.8,位错以Orowan绕过机制通过γ'相沉淀,并在γ'沉淀质点周围下留下位错环,而在低应力条件下,n=4.1~4.9,位错以攀移方式通过γ'相颗粒。
4.1.5沉淀强化机理的实际应用
1沉淀强化相的数量是高温合金强化的根本保证
室温下的屈服强度均随合金中的γ'相总量的增加而提高。
同样,高温合金的持久强度也随γ'相的体积分数增加而增大。
通常γ'相的体积分数随合金中的Al+Ti的含量而增加。
Al+Ti之和对高温持久强度起绝对性作用。
2沉淀强化相尺寸与间距在高温合金强化中具有重要的作用
3有序沉淀相的反相筹界能对位错切割机制起关键作用
4高温合金的碳化物强化
VC主要弥散分布于γ奥氏体,尺寸约几个nm,呈球形分布,尺寸很小的VC颗粒与γ'基体甚至存在部分共格关系,错配度较小。
5弥散强化
用粉末冶金的方法把惰性的氧化物质点加入到金属或者合金中,使其在0.7Tm(熔点绝对温度)至熔点的温度范围内产生强化,这种机理叫做弥散强化。
4.2合金元素的作用
4.2.1铝
铝是形成γ'-Ni3Al相的基本组成元素,加入高温合金中的Al,约有20%进入γ固溶体,起固溶强化作用,而80%的Al,与Ni形成Ni3Al,进行沉淀强化。
其次Al的加入改变γ'相中各元素的溶解度,随着Al含量增加,Al和Ni进入γ'相的数量增多(也影响其它合金元素如Ti、W、Mo、Fe等进入γ'相的数量增多)。
进一步增加γ'的数量。
通常还增加反相筹界能,使切割机制的强化效果增强。
第三,Al含量增加,改变了γ'和γ的相之间的错配度。
随着Al的增加,蠕变断裂时间增加,在某个值达到峰值,当超过峰值时,蠕变断裂时间下降,其主要原因是合金析出了大块laves相和NiAl相,使裂纹易于形成与扩展。
4.2.2钛
钛元素加入镍基和铁基高温合金中,约10%进入γ固溶体,起一定固溶强化作用。
约90%进入γ'相,钛原子可以代替γ'-Ni3Al相中的Al原子,而形成Ni3(Al,Ti)。
在一定铝含量条件下,随着Ti含量增加,γ'相数量增加,引起合金室温和高温强调增加。
γ'相中存在的Ti原子明显提高反相筹界能,Ti/Al之比增加,γ'相的反相筹界能提高。
反相筹界能提高可强化切割机制引起的强化效应。
但Ti/Al之比过高使γ和γ'晶格常数差别太大,将加速γ'相长大,使γ'相在热力学上不稳定,有向η-Ni3Al转变的倾向。
4.2.3Al+Ti之和和Ti/Al之比的影响
铁、镍基高温合金中γ'相的数量通常随Al+Ti之和增加而增加。
但Ti/Al比对γ'相数量影响不太大。
Ti/Al之比提高,明显增加反相筹界能。
Al+Ti含量的增加还影响γ'相的尺寸,γ'相的大小随着Al+Ti含量的增加而减少,但Ti/Al比基本不影响γ'的尺寸。
同时Al+Ti之和和Ti/Al之比还明显影响γ'相和γ相的点阵错配度。
γ'相的点阵常数随合金Ti含量及Ti/Al比成正比增加。
而γ奥氏体的点阵常数随Ti/Al比的增加而减少,随Al+Ti的增大而增大。
γ'与γ相的错配度随Al+Ti的增加直线增加,而当Al+Ti一定时,错配度随Ti/Al的增加而降低。
4.2.4铌
铌在γ'相中约占90%,主要进入γ'相,形成Ni3(Al,Ti,Nb),使γ'相数量增多,γ'相反相筹界能增大,γ'相颗粒尺寸增大,有序度增加,从而引起γ'相的沉淀强化作用增强。
由于铌原子占据了γ'相中的Al和Ti原子的位置,被Nb原子代替的Al和Ti原子在此形成新的γ'相,同时,在集体中Nb还降低Al和Ti的溶解度,从而造成γ'相的数量明显增加。
4.2.5钽
钽也是主要强化γ'相,90%进入γ'相。
钽进入γ'相,提高其数量和溶解温度,改变其组成,从而提高γ'相反相筹界能,相应提高合金的强度和抗蠕变性能。
钽提高合金的组织稳定性,溶于γ'相的Ta原子一直γ'相的聚集、长大和溶解。
溶于γ'相基体中的Ta原子,可以组织TCP相析出。
4.2.6铪
Hf原子主要直接溶解在γ'相中,使γ'相得成分变为Ni3(Al,Ti,Hf)。
Ni3Al中可以溶解7at%的Hf。
Hf有90%进入γ'相含(γ'+γ共晶)。
进入γ'相相的Hf原子,改变γ'相的化学成分,提高γ'相反相筹界能,有利于提高位错以切割机制通过γ'相合金的强度。
由于γ'相中含有Hf,因Hf原子半径较大,而增加γ-γ'点阵错配度。
Hf还改变γ'相的形态,由立法形变为树枝形。
同时增加晶界块状γ'数量。
Hf原子还进入MC碳化物,改变碳化物的形态,由长条状和骨架变为块状。
融入固溶体的Hf,向晶界骗局,可以强化晶界。
4.2.7多种元素综合进行沉淀强化
高温合金中的γ'相可溶解许多合金元素,其中Co可以置换镍,Ti、Nb、Ta、Hf、V可置换Al,而Fe、Cr既可置换镍,也可置换Al。
Al、Ti、Nb、Ta、Hf、V优先进入γ'相强化γ'相,而Co、Cr、Mo优先进入γ基体,强化γ固溶体。
而W既可进入γ'相又可γ基体,两方各占50%左右,都产生强化效果。
结语
1铁、镍基高温合金沉淀强化的实质是沉淀强化相阻碍位错运动。
运动位错以共格应变长、Orowan和切割机制以及攀移方式与沉淀颗粒进行交互作用,提高高温合金的强度和高温蠕变能力。
2铝是形成γ'-Ni3Al相的基本组成元素,加入高温合金中的Al,约有20%进入γ固溶体,80%左右形成γ'相。
在一定范围内,随着Al含量的增加,γ'相数量增多,强化效果愈好。
元素
γ':
γ
对γ'相数量的影响
对γ'相的反相筹界能
对γ'相与γ相的错配度的影响
蠕变断裂时间
铝Al
1:
0.33
增加而增加
增加而增加
增加而增加
在一定范围增加而增加,超过峰值,直线下降,析出laves相和NiAl相
钛Ti
1:
0.17
增加而增加
明显增加
明显增加
Al+Ti
增加而增加(γ'相随其增加尺寸而减小)
直线增加
Ti/Al
影响不大
明显增加
当Al+Ti一定时,随着Ti/Al增加而减少
铌Nb
1:
0.12
增加而增加
增加而增加
钽Ta
1:
0.06
增加而增加
增加而增加
增加而增加
铪Hf
90%进入γ'
增加而增加
增加而增加
增加而增加
增加而降低
第5章晶界强韧化与微合金化元素的作用
晶界对室温及中文强度是有利的,但对等强温度以上使用的高温构建是有害的。
5.1晶界强韧化机理
5.1.1晶界结构:
两个晶粒的交界区,是一些规则排列的原子和一些混乱排列的原子共存区。
晶界缺陷由点缺陷(空位、空位团、溶质原子)和线缺陷位错构成。
5.1.2晶界在高温应力作用下的行为
1晶界滑动和晶界迁移
晶界迁移是晶界沿垂直晶界面方向的运动。
晶界滑动是晶粒沿晶界面的剪切运动,在沿晶分切应力作用下,晶界位错沿晶界滑移,而同时伴随有晶界位错的攀移及晶界空位的扩散。
2晶界扩散
3点缺陷源和陷进
5.1.3溶质原子偏析(凝固偏析、平衡偏析、非平衡偏析)
1凝固偏析:
合金在凝固过程中,某些元素向未凝固的液体中扩散,从而在枝晶间和晶界形成偏析,降低终凝温度,并可能形成低熔点相。
2平衡偏析:
某些微量元素的溶质原子从集体中被排斥到晶体结构不紧密的位置,如自由表面、晶界、堆垛层错以及基体和析出相之间的界面。
3非平衡偏析形成的溶质原子向晶界区的上坡扩散,如果得不到晶内的补充(例如温度较低,扩散较慢)则在晶界上形成富集区的同时,在晶界两侧出现贫化区。
微量元素局部富集(偏析和化学反应)化学反应(析出和分解)
5.1.4微量元素对晶界强韧化的作用机理
把一定含量范围内能够改善高温合金某些重要性能的那些微量元素,如C、B、Zr、Hf、稀土元素等都称为有益的微量元素。
1有益的微量元素偏聚到晶界提高晶界结合力,而有害的微量原子偏聚到晶界降低晶界结合力。
2有益的微量元素偏聚到晶界抑制有害杂质及化合物在晶界偏聚和析出,改变晶界沉淀相的状态。
3有益微量元素作为晶界净化剂消除或减轻有害杂质的影响。
4有益微量元素的晶界沉淀相使晶界强度和塑性同时得到改善(有益微量元素高温偏析引起晶界富集,而低温热处理则得到晶界沉淀相)
1.阻止晶界滑动,起定扎作用,或者减缓滑动速度,延长孕育周期。
2.限制空穴在沉淀相之间,使之难以聚集长大,从而延长持久断裂时间。
3.产生晶界贫乏区,提高晶界两侧区域位错滑移能力,改善晶界塑性,消除缺口敏感性。
K4169合金中,Fe、Cr是负偏析元素主要富集与枝晶臂;Mo、Nb、Ti正偏析元素主要富集于枝晶间。
5.2微合金化元素在高温合金的作用
高温合金中加入有益的微量元素,如C、B、Zr、Hf、Mg、Ca、Y、La、Ce等进行合金化,称之为微合金化。
5.2.1硼:
对高温合金的持久、蠕变性能影响最明显,通常都有一最佳含量范围。
硼的有益作用是由于硼原子在晶界富集,增加晶界结合力;硼化物在晶界以颗粒状或者块状形式分布,阻止晶界滑移并抑制晶界的空洞的连接与扩展;消除有害相在晶界析出,减少有害元素的含量。
硼化物在晶界的分布抑制了晶界胞状η-Ni3Ti相和TCP相的形成,增强组织的稳定性,硼推迟了η相的析出。
5.2.2碳
碳作为晶界强化元素。
高温合金重点碳主要形成碳化物,从液态金属凝固过程中析出的碳化物为一次碳化物,呈块状或汉字草书体形貌,主要分布于晶界或着枝晶间。
大块的一次碳化物往往成为疲劳裂纹源及扩展通道。
二次碳化物是时效过程或使用期间析出的,可以是MC,M23C6和M6C。
高温合金中的碳铜鼓形成碳化物而改善力学性能,在晶界析出的颗粒状不连续碳化物,阻止沿晶滑动和裂纹扩展,提高持久寿命,改善持久塑性和韧性。
5.2.3镁
1镁微合金化,镁原子偏聚于晶界,这种偏聚属于平衡偏聚
2微量镁在晶界偏聚降低晶界能和相界能,改善和细化晶界碳化物及其他晶界析出相的状态。
3镁与硫等有害杂质形成低熔点的化合物MgS等,净化晶界。
4微量镁提高持久时间和塑性,改善蠕变性能个高温拉伸塑性,增加冲击韧性和疲劳强度,对有些合金还可以改善热加工性能,提高收得率。
5.2.4锆
元素锆偏聚到晶界,减少晶界缺陷,提高晶界结合力,降低晶界扩散速率,从而减缓位错攀移,强化晶界。
同时,锆偏聚于晶界,降低界面能,改变晶界相的形态,减少晶界相的尺寸,有效组织晶粒沿晶滑动,从而提高持久寿命,改善持久塑性,消除缺口敏感性。
5.2.5铪
Hf在铸造高温合金中通过产生弯曲晶界和去除硫对晶界的有害作用,使合金强韧化。
通过弯曲晶界可以提高合金的蠕变断裂寿命和塑性。
Hf也有净化晶界作用,Hf对S有高的亲和力,可以生成高熔点硫化物而被去除,从而防止S引起的晶界脆化。
适量的Hf还可降低焊缝和热影响区裂纹的敏感性。
5.2.6钙
净化剂。
同硫、痒结合生成钙的化合物,从而净化晶界,降低合金的热脆性,提高成材率。
也偏聚于晶界,降低晶界扩散系数,提高合金持久寿命与塑性。
还可以作为晶界韧化元素。
5.2.7稀土元素(Y、Ce、La)
1作为细化剂具有脱氧和脱硫作用,降低氧和硫在晶界的有害影响;
2作为微合金化元素偏聚于晶界,起晶界强化作用;
3作为活性元素改善合金的抗氧化性能,提高表面稳定性。
5.2.8磷
双重作用。
适量磷能够提高高温合金的抗蠕变性能,降低稳态蠕变速率,并延长第二阶段蠕变时间。
1磷原子偏聚于晶粒边界,改变主元素之间的键合关系,形成某种原子团,增加原子间结合力,提高晶界强度。
2或改变晶界析出相的形态,两种机理中的一种或两种共同起作用,改善高温合金的持久和蠕变性能。
第6章杂质元素的有害作用及其机理
微量元素含量很低,甚至ppm量级就能明显影响高温合金力学性能和组织的那些元素。
分为有益的微量元素和有害的微量元素。
前者如C、B、Mg、Zr、Hf、Ca和稀土元素等;而后者即杂质元素,包括残余气体N、O、Ar、He,非金属元素P、S、Si以及金属和类金属元素Pb、Sb、Bi、As、Sn、Se、Ag、Tl铊、Cu等。
6.1高温合金中杂质的来源
有益元素是通过炼钢过程中有益加入的,而微量杂质元素来源于炼钢所用原材料,其次是来自于炼钢过程中大气污染(如早期的常压电弧炉冶炼)、炉壁上或坩埚上的污染,再次是来源于合金锭或母合金以及零件浇注过程中的污染。
6.1.1炼钢用原材料带入的杂质元素
6.1.2熔炼和铸造过程中带进的杂质元素
6.2杂质元素的有害作用机理
6.2.1偏聚于晶界、降低晶界结合力
几乎所有的杂质元素在高温合金中的溶解度都很小,往往偏析于晶界,降低晶界能,产生平衡偏聚。
然而,由于它们改变晶界原子间的键合状态,使晶界结合力降低,从而使晶界弱化,降低高温合金的高温力学性能。
6.2.2偏聚于晶界,形成低熔点化合物,促进晶界有害相析出
有些杂质原子在液态合金中溶解度较大,而在固态γ固溶体中溶解度很小,当杂质元素含量较高时,杂质元素偏聚晶界层形成低熔点相。
6.2.3增加凝固偏析,影响凝固过程,促进元素偏析和有害相析出
6.2.4形成夹杂物或溶解于γ固溶体产生脆性
6.3杂质元素的有害作用
6.3.1硅
高温合金中的杂质硅,富集于晶界,降低晶界强度。
硅促进σ相和Laves相形成。
当硅含量较高时,在晶界和晶内均偏析出片状σ相,成为裂纹产生和扩展的通道。
大量的Laves相的析出,降低室温塑性。
Si还促进晶界碳化物的析出,改变其种类和形态而影响力学性能。
6.3.2硫
高温合金中的硫偏析于晶界或相界,并使晶界和相界弱化,成为裂纹产生和扩展的通道。
6.3.3磷
双重作用。
第一:
磷原子偏聚于晶界,增加晶界结合力,提高晶界强度,并改变晶界相的状态。
第二:
增加凝固偏析,影响凝固过程,促进元素偏析和有害相析出。
6.3.4锰
少量的锰加入高温合金熔体可以作为一种精炼剂,通过锰与硫发生化学反应,减少硫的有害作用。
偏聚于晶界,削弱晶界结合力,明显境地持久强度。
6.3.5金属和类金属杂质
高温合金中金属和类金属杂质有Pb、Sb、Bi、As、Sn(所谓无害元素)、Se、Ag、Tl、Cu等几十种。
金属和类金属都有害杂质几乎都偏聚与晶界,因而都对持久性能和拉伸塑性极为有害。
6.3.6残余气体
高温合金中残留的气体包括O、N、H、Ar和He,阳和氮通常以夹杂物形式残留在钢中,影响蠕变性能与瞬时拉伸和冲击性能。
6.4有害杂质元素的控制
6.4.1有害杂质元素的含量要求愈来愈低,控制的元素愈来愈多。
6.4.2有害杂质元素的生产控制
1原材料的选择
2冶炼工艺
3精密铸造工艺
第7章工艺强韧化及机理
7.1采用定向凝固工艺制备柱晶和单晶高温合金
7.1.1等轴晶高温合金的蠕变断裂
7.1.2柱晶和单晶高温合金的制备原理(定向凝固)
1.凝固过程中固液界面前沿液相中的温度梯度GL
2.固液界面向前推进速度(凝固速率)R
3.温度梯度GL与凝固速率R的比值GL/R
4.冷却速率GL·R
GL-1/2·R-1/4一个重要的参数,它决定一次枝晶臂间距的大小,GL·R决定二次枝晶臂间距大小。
7.1.3定向凝固和单晶高温合金优异的强度与塑性
1.提高蠕变断裂时间,增加蠕变断裂塑性
2.改善冷热疲劳性能
3.改善薄壁性能
7.1.4定向凝固和单晶合金的发展
7.2控制液态合金冷却速率制备粉末高温合金
7.2.1传统铸锻工艺引起严重偏析
1.偏析加重,而且随着淀型不断增大,凝固偏析更加加重
2.初熔温度因偏析严重而降低,而γ'相固溶度因合金元素而提高,使热加工温度范围愈来愈窄,锻造十分困难。
3.用铸锻法生产的涡轮盘、压气机盘等零器件,往往晶粒尺寸较粗大,而且轮毂与轮毂因变形量不一样,造成晶粒尺寸不一样。
7.2.2粉末高温合金的原理与特点
粉末高温合金具有以下特点:
1.消除或减轻偏析
2.晶粒细小、组织均匀
3.改善热加工性
4.力学性能明显改善
5.简化工序,降低成本
7.2.3粉末高温合金的发展
7.3喷射成型制备高温合金涡轮盘
7.3.1喷射成型的原理和特点
1.具有快速凝固的特征
2.良好的加工性能
3.力学性能明显改善
4.成本降低
7.3.2喷射成型高温合金的发展
7.4快速凝固工艺装备性能更加优异的强韧化高温合金
7.5控制凝固过程星河路制备细晶铸造高温合金
7.5.1细晶铸造工艺
对成分已确定的高温合金,铸造时凝固形态的控制主要是晶粒形态和晶粒尺寸的控制。
增加形核率是细化铸造晶粒的途径。
细晶铸造工艺主要由三种,即热控法、化学法和机械法。
1.热控法
热控法又叫控制参数法、快速冷凝法或快速冷却法等。
其原理是严格控制熔体合金尽可能低的温度、型壳预热温度和熔体过热温度,增大合金凝固过程的过冷度,使结晶核心增多,形核率增大,让铸件以同时凝固方式结晶,缩短合金凝固时间,限制晶粒长大获得较小的晶粒。
2.化学法
又称孕育法、添加剂法等。
化学法细化晶粒细化的原理是向液态高温合金中加入大量的形核能力很强的异质形核,增加结晶的形核率,达到细化高温合金铸造晶粒的目的。
细化剂应有以下特点:
稳定性非常好,熔点高,不溶解进入高温合金熔体,或者添加剂加入液态高温合金中,其中某元素与刚液反应形成稳定的异质核心;其次异质形核颗粒与固相之间存在良好的晶格匹配关系,从而使固相颗粒与将要凝固的固相间的润湿角很小,润时间越小,形核能力越强;第三分散性要好,添加颗粒要非常细小,加入高温合金熔体,既起孕育剂作用,又不至于降低合金性能。
3.机械法
包括搅动法和搅拌法。
其原理是在高温合金凝固时,迫使枝晶折断、破碎,成为结晶核心,增加形核数量,使晶粒数量增多,尺寸减少,达到细化晶粒的目的。
7.5.2细晶铸造工艺的应用
7.6利用机械合金化方法制备弥散强化高温合金
采用机械合金化方法等粉末冶金方法把惰性的氧化物质点加入金属或合金中,使其在0.7Tm(熔点的绝对温度)至熔点的温度内强化,这种强化叫做弥散强化。
利用这种机理强化的高温合金,叫氧化物弥散
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