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高溫合金又稱(chēng)熱強(qiáng)合金,、耐熱合金或超合金,它是可以在600~1100℃氧化和燃?xì)飧g條件下承受復(fù)雜應(yīng)力、長(zhǎng)期可靠工作的一類(lèi)金屬材料,。高溫合金廣泛應(yīng)用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱端關(guān)鍵部件,如渦輪盤(pán),、渦輪工作葉片、渦輪導(dǎo)向葉片,、燃燒室和加力燃燒室的緊固件等,。

高溫合金大體上可分為固溶強(qiáng)化型和沉淀硬化型兩種。其中,A286是目前使用廣泛的一類(lèi)鐵基沉淀硬化型高溫合金,其可在700℃以下保持較高強(qiáng)度,，同時(shí)在815℃以下仍具有較高的抗氧化性,。該牌號(hào)一般在固溶加時(shí)效狀態(tài)下使用,時(shí)效制度決定了主強(qiáng)化相v'相[Ni,(Al，Ti)]的形態(tài)以及在基體中的分布情況,，進(jìn)而決定材料的各項(xiàng)力學(xué)性能,。本文主要研究了幾種不同的時(shí)效工藝對(duì)合金性能的影響。

1.試驗(yàn)

本試驗(yàn)原材料為真空感應(yīng),、真空自耗電極重熔生產(chǎn)的A286進(jìn)口高溫合金絲材,規(guī)格為4mm,。其合金化學(xué)成分見(jiàn)表1，等同于國(guó)內(nèi)材料GH2132,。試驗(yàn)使用的設(shè)備有真空氣淬爐,、箱式電阻爐、數(shù)控車(chē)床,、數(shù)控?zé)o心磨床,、數(shù)控滾絲機(jī)、數(shù)顯維氏硬度計(jì),、金相試樣壓片機(jī),、三思萬(wàn)能電子試驗(yàn)機(jī)、德國(guó)萊卡DMI500OM金相顯微鏡等,。

所有試驗(yàn)材料統(tǒng)一在982℃進(jìn)行固溶處理,固溶后按表2所列試驗(yàn)方案進(jìn)行時(shí)效,。其中，720℃首段時(shí)效使用真空氣淬爐,，后續(xù)時(shí)效全部使用箱式電阻爐,，材料用硅砂保護(hù)。每組方案后一段時(shí)效溫度總比前一段時(shí)效溫度低,詳見(jiàn)表2,。

試驗(yàn)結(jié)束后各組材料均制造規(guī)格為MJ4的螺釘以及金相硬度試樣,測(cè)試不同時(shí)效制度下材料各項(xiàng)力學(xué)性能,并觀(guān)察不同時(shí)效制度下合金的金相組織,。

2試驗(yàn)結(jié)果和分析

(1)試驗(yàn)結(jié)果不同時(shí)效制度下材料抗拉強(qiáng)度和硬度值見(jiàn)表3，硬度試驗(yàn)每個(gè)試樣打三點(diǎn)取平均值,。通過(guò)對(duì)表中數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,可以看出:I組進(jìn)行一段時(shí)效的合金強(qiáng)度,、硬度比所有多段時(shí)效后的合金強(qiáng)度、硬度都低;對(duì)I組,、Ⅱ組,、IⅣ組、VI組進(jìn)行對(duì)比,，可看出隨著時(shí)效段數(shù)的增加,合金的強(qiáng)度,、硬度都隨著時(shí)效段數(shù)的增加而提高，而對(duì)I組,、Ⅲ組,、V組進(jìn)行對(duì)比，同樣可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)趨勢(shì);對(duì)Ⅱ組,、Ⅲ組的數(shù)據(jù)或?qū)Β艚M,、V組的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,可發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用較低的時(shí)效溫度時(shí),可獲得較高強(qiáng)度、硬度;對(duì)比Ⅲ組和Ⅳ組數(shù)據(jù)可看出,采用720℃+650℃兩段時(shí)效制度,合金強(qiáng)度高于采用720℃+680℃+650℃三段時(shí)效制度,，應(yīng)注意Ⅲ組第二段時(shí)效溫度比Ⅳ組低,同時(shí)參考V組和VI組數(shù)據(jù),可發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的結(jié)果,，即第二段時(shí)效選用650℃的三段時(shí)效制度,合金強(qiáng)度高于第二段選用680℃的四段時(shí)效制度。

為便于觀(guān)察合金強(qiáng)度,、硬度的變化趨勢(shì),，現(xiàn)將表3數(shù)據(jù)作圖比較,如圖1所示,，720℃一段時(shí)效,合金強(qiáng)度、硬度均為最小值,對(duì)于強(qiáng)度值而言,，二段時(shí)效強(qiáng)度比一段時(shí)效提升較多,，二段以后隨著時(shí)效段數(shù)增加，強(qiáng)度值提升趨于緩慢,，且隨著時(shí)效溫度提高,，強(qiáng)度值有下降趨勢(shì);對(duì)于硬度值而言，一段及二段時(shí)效制度硬度值提升較少,，二段到三段提升較大,，三段以后趨于平穩(wěn)，且采用較低時(shí)效溫度可獲得較高硬度,。

A286作為高溫合金材料,，主要在高溫環(huán)境下，為測(cè)試時(shí)效制度對(duì)材料高溫性能的影響,，每組試樣取3件按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了高溫持久試驗(yàn),。試驗(yàn)樣本為MJ4規(guī)格的螺釘，螺紋應(yīng)力面積為9.517mm',，施加約450MPa的應(yīng)力,即4.28kN的載荷,樣本在(650士2)℃溫度下保持受載,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4,。從表中可見(jiàn)所有試樣在23h內(nèi)均未發(fā)生斷裂,符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，說(shuō)明多段時(shí)效制度對(duì)合金高溫持久性能沒(méi)有不利影響,。

產(chǎn)品有時(shí)會(huì)在交變軸向載荷或復(fù)雜循環(huán)應(yīng)力下工作,因此還進(jìn)行了疲勞性能試驗(yàn),。疲勞試驗(yàn)參數(shù)按照產(chǎn)品通用技術(shù)條件要求,每組試樣取3件進(jìn)行。具體參數(shù)為:高載3.5kN,低載0.35kN,，進(jìn)行拉-拉疲勞試驗(yàn),試驗(yàn)頻率100Hz以下,，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定平均循環(huán)次數(shù)應(yīng)達(dá)到65000次,，且單件至少達(dá)到45000次,。本次疲勞試驗(yàn)為節(jié)約成本，進(jìn)行至70000次后直接停止,所有試樣在70000次循環(huán)后均未破壞,證明疲勞性能均合格,，多段時(shí)效不影響疲勞性能,。

觀(guān)察Ⅰ組、Ⅱ組,、Ⅳ組,、V組熱處理試樣的金相組織，如圖2所示,。圖2a~圖2d分別是上述四組試樣放大100倍后的組織,，經(jīng)過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)晶粒度評(píng)級(jí)圖進(jìn)行對(duì)比，四組試樣的晶粒度都在6~7級(jí),。由此可以看出,，時(shí)效制度對(duì)合金晶粒度并無(wú)明顯影響,。

(1)A286高溫合金采用多段時(shí)效，可有效增加v基體中主強(qiáng)化相v′相含量,提高高溫合金強(qiáng)度和硬度,。

(2）在時(shí)效段數(shù)相同的情況下,采用較低的時(shí)效溫度,可獲得更加細(xì)小而彌散的第二相顆粒,，獲得更好的強(qiáng)化效果,。

(3）時(shí)效段數(shù)的增加對(duì)合金硬度的提升比對(duì)合金強(qiáng)度的提升更明顯,合金強(qiáng)度對(duì)時(shí)效溫度更敏感一些,。

(4)時(shí)效溫度和段數(shù)對(duì)高溫合金的品粒度影響不明顯、同時(shí)對(duì)合金的疲勞和高溫持久性能不會(huì)產(chǎn)生不利影響,。

(5）增加時(shí)效段數(shù),、降低后續(xù)時(shí)效溫度也可作為高溫合金生產(chǎn)中,彌補(bǔ)產(chǎn)品強(qiáng)度不合格的補(bǔ)救措施。