司太立合金的典型牌號有:Stellite1,Stellite4,Stellite6,Stellite8,Stellite12,Stellite20,Stellite31,Stellite100等。在我國,主要對司太立高溫合金研究比較深入和透徹。與其它高溫合金不同,司太立高溫合金不是由與基體牢固結合的有序沉淀相來強化,而是由已被固溶強化的奧氏體fcc基體和基體中分布少量碳化物組成。鑄造司太立高溫合金卻是在很大程度上依靠碳化物強化。純鈷晶體在417℃以下是密排六方(hcp)晶體結構,在更高溫度下轉變為fcc。為了避免司太立高溫合金在使用時發生這種轉變,實際上所有司太立合金由鎳合金化,以便在室溫到熔點溫度范圍內使組織穩定化。司太立合金具有平坦的斷裂應力-溫度關系,但在1000℃以上卻顯示出比其他高溫下具有優異的抗熱腐蝕性能,這可能是因為該合金含鉻量較高,這是這類合金的一個特征。
熱處理
司太立合金中的碳化物顆粒的大小和分布以及晶粒尺寸對鑄造工藝很敏感,為使鑄造司太立合金部件達到所要求的持久強度和熱疲勞性能,必須控制鑄造工藝參數。司太立合金需進行熱處理,主要是控制碳化物的析出。對鑄造司太立合金而言,首先進行高溫固溶處理,溫度通常為1150℃左右,使所有的一次碳化物,包括部分MC型碳化物溶入固溶體;然后再在870-980℃進行時效處理,使碳化物(常見的為M23C6)重新析出。
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1.、不銹鋼板:2B不銹鋼板 不銹鋼板 不銹鋼鏡面板,另可加工鍍鈦、拉絲、噴砂貼膜、磨砂、裁圓、割方、拋光、抗指紋等工藝。
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4、不銹鋼棒:圓棒、方棒、六角棒、盤圓、表面:亮棒、黑棒。
5、不銹鋼絲:不銹鋼焊絲、不銹簧絲、不銹鋼焊條。
6、不銹鋼型材:角鋼、扁鋼、槽鋼。
常用不銹鋼板材質:201(12Cr17Mn6Ni5N),301(12Cr17Ni7),302(12Cr18Ni9),304(06Cr19Ni10),304L(022Cr19Ni10),316(06Cr17Ni12Mo2),316L(022Cr17Ni12Mo2),316Ti(06Cr17Ni12Mo2Ti),317L(022Cr19Ni13Mo3),309S(06Cr23Ni13),310S(06Cr25Ni20),321(06Cr18Ni11Ti),347(06Cr18Ni11Nb)。
鑄造高溫合金是指可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金。其主要特點是:
1. 具有更寬的成分范圍 由于可不必兼顧其變形加工性能,合金的設計可以集中考慮優化其使用性能。如對于鎳基高溫合金,可通過調整成分使γ’含量達60%或更高,從而在高達合金熔點85%的溫度下,合金仍能保持優良性能。
2. 具有更廣闊的應用領域 由于鑄造方法具有的特殊優點,可根據零件的使用需要,設計、制造出近終形或無余量的具有任意復雜結構和形狀的高溫合金鑄件。
根據鑄造合金的使用溫度,可以分為以下三類:
第YI類:在-253~650℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在很大的范圍溫度內具有良好的綜合性能,特別是在低溫下能保持強度和塑性均不下降。如在航空、航天發動機上用量較大的K4169合金,其650℃拉伸強度為1000MPa、屈服強度850MPa、拉伸塑性15%;650℃,620MPa應力下的持久壽命為200小時。已用于制作航空發動機中的擴壓器機匣及航天發動機中各種泵用復雜結構件等。
第二類:在650~950 ℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在高溫下有較高的力學性能及抗熱腐蝕性能。例如K419合金,950℃時,拉伸強度大于700MPa、拉伸塑性大于6%;950℃,200小時的持久強度極限大于230MPa。這類合金適于用做航空發動機渦輪葉片、導向葉片及整鑄渦輪。
第三類: 在950~1100℃ 使用的定向凝固柱晶和單晶高溫合金 這類合金在此溫度范圍內具有優良的綜合性能和抗氧化、抗熱腐蝕性能。例如DD402單晶合金,1100℃、130MPa的應力下持久壽命大于100小時。這是國內使用溫度ZUI高的渦輪葉片材料,適用于制作新型高性能發動機的一級渦輪葉片。
隨著精密鑄造工藝技術的不斷提高,新的特殊工藝也不斷出現。細晶鑄造技術、定向凝固技術、復雜薄壁結構件的CA技術等都使鑄造高溫合金水平大大提高,應用范圍不斷提高。
高溫合金知識
高溫合金是在高溫嚴酷的機械應力和氧化、腐蝕環境下應用的一類合金。隨著科技事業的發展,高溫合金逐漸形成六個較為完整的部分。
一、變形高溫合金
變形高溫合金是指可以進行熱、冷變形加工,工作溫度范圍-253~1320℃,具有良好的力學性能和綜合的強、韌性指標,具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金。按其熱處理工藝可分為固溶強化型合金和時效強化型合金。
1、固溶強化型合金
使用溫度范圍為900~1300℃,ZUI高抗氧化溫度達1320℃。例如GH128合金,室溫拉伸強度為850MPa、屈服強度為350MPa;1000℃拉伸強度為140MPa、延伸率為85%,1000℃、30MPa應力的持久壽命為200小時、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發動機燃燒室、機匣等部件。
2、時效強化型合金
使用溫度為-253~950℃,一般用于制作航空、航天發動機的渦 與葉片等結構件。制作渦 的合金工作溫度為-253~700℃,要求具有良好的高低溫強度和抗疲勞性能。 例如:GH4169合金,在650℃的ZUI高屈服強度達1000MPa;制作葉片的合金溫度可達950℃,例如:GH220合金,950℃的拉伸強度為490MPa,940℃、200MPa的持久壽命大于40小時。
變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業提供結構鍛件、餅材、環件、棒材、板材、管材、帶材和絲材。
二、鑄造高溫合金
鑄造高溫合金是指可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金。其主要特點是:
1. 具有更寬的成分范圍 由于可不必兼顧其變形加工性能,合金的設計可以集中考慮優化其使用性能。如對于鎳基高溫合金,可通過調整成分使γ’含量達60%或更高,從而在高達合金熔點85%的溫度下,合金仍能保持優良性能。
2. 具有更廣闊的應用領域 由于鑄造方法具有的特殊優點,可根據零件的使用需要,設計、制造出近終形或無余量的具有任意復雜結構和形狀的高溫合金鑄件。
根據鑄造合金的使用溫度,可以分為以下三類:
第YI類:在-253~650℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在很大的范圍溫度內具有良好的綜合性能,特別是在低溫下能保持強度和塑性均不下降。如在航空、航天發動機上用量較大的K4169合金,其650℃拉伸強度為1000MPa、屈服強度850MPa、拉伸塑性15%;650℃,620MPa應力下的持久壽命為200小時。已用于制作航空發動機中的擴壓器機匣及航天發動機中各種泵用復雜結構件等。
第二類:在650~950 ℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在高溫下有較高的力學性能及抗熱腐蝕性能。例如K419合金,950℃時,拉伸強度大于700MPa、拉伸塑性大于6%;950℃,200小時的持久強度極限大于230MPa。這類合金適于用做航空發動機渦輪葉片、導向葉片及整鑄渦輪。
第三類: 在950~1100℃ 使用的定向凝固柱晶和單晶高溫合金 這類合金在此溫度范圍內具有優良的綜合性能和抗氧化、抗熱腐蝕性能。例如DD402單晶合金,1100℃、130MPa的應力下持久壽命大于100小時。這是國內使用溫度ZUI高的渦輪葉片材料,適用于制作新型高性能發動機的一級渦輪葉片。
隨著精密鑄造工藝技術的不斷提高,新的特殊工藝也不斷出現。細晶鑄造技術、定向凝固技術、復雜薄壁結構件的CA技術等都使鑄造高溫合金水平大大提高,應用范圍不斷提高。
三、粉末冶金高溫合金
采用霧化高溫合金粉末,經熱等靜壓成型或熱等靜壓后再經鍛造成型的生產工藝制造出高溫合金粉末的產品。采用粉末冶金工藝,由于粉末顆粒細小,冷卻速度快,從而成分均勻,無宏觀偏析,而且晶粒細小,熱加工性能好,金屬利用率高,成本低,尤其是合金的屈服強度和疲勞性能有較大的提高。
FGH95粉末冶金高溫合金,650℃拉伸強度1500MPa;1034MPa應力下持久壽命大于50小時,是當前在650℃工作條件下強度水平ZUI高的一種盤件粉末冶金高溫合金。粉末冶金高溫合金可以滿足應力水平較高的發動機的使用要求,是高推重比發動機渦 、壓氣機盤和渦輪擋板等高溫部件的選擇材料。
四、氧化物彌散強化(ODS)合金
是采用獨特的機械合金化(MA)工藝,超細的(小于50nm)在高溫下具有超穩定的氧化物彌散強化相均勻地分散于合金基體中,而形成的一種特殊的高溫合金。其合金強度在接近合金本身熔點的條件下仍可維持,具有優良的高溫蠕變性能、優越的高溫抗氧化性能、抗碳、硫腐蝕性能。
目前已實現商業化生產的主要有三種ODS合金:
MA956合金 在氧化氣氛下使用溫度可達1350℃,居高溫合金抗氧化、抗碳、硫腐蝕之首位。可用于航空發動機燃燒室內襯。
MA754合金 在氧化氣氛下使用溫度可達1250℃并保持相當高的高溫強度、耐中堿玻璃腐蝕。現已用于制作航空發動機導向器蓖齒環和導向葉片。
MA6000合金 在1100℃拉伸強度為222MPa、屈服強度為192MPa;1100℃,1000小時持久強度為127MPa,居高溫合金之首位,可用于航空發動機葉片。
五、金屬間化合物高溫材料
金屬間化合物高溫材料是近期研究開發的一類有重要應用前景的、輕比重高溫材料。十幾年來,對金屬間化合物的基礎性研究、合金設計、工藝流程的開發以及應用研究已經成熟,尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制備加工技術、韌化和強化、力學性能以及應用研究方面取得了令人矚目的成就。
Ti3Al基合金(TAC-1),TiAl基合金(TAC-2)以及Ti2AlNb基合金具有低密度(3.8~5.8g/cm3)、高溫高強度、高鋼度以及優異的抗氧化、抗蠕變等優點,可以使結構件減重35~50%。 Ni3Al基合金,MX-246具有很好的耐腐蝕、耐磨損和耐氣蝕性能,展示出極好的應用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蝕性能,在中溫(小于600℃)有較高強度,成本低,是一種可以部分取代不銹鋼的新材料。
六、環境高溫合金
在民用工業的很多領域,服役的構件材料都處于高溫的腐蝕環境中。為滿足市場需要,根據材料的使用環境,歸類出系列高溫合金。
1、 高溫合金母合金系列
2、 抗腐蝕高溫合金板、棒、絲、帶、管及鍛件
3、 高強度、耐腐蝕高溫合金棒材、彈簧絲、焊絲、板、帶材、鍛件
4、 耐玻璃腐蝕系列產品
5、 環境耐蝕、硬表面耐磨高溫合金系列
6、 特種精密鑄造零件(葉片、增壓渦輪、渦輪轉子、導向器、儀表接頭)
7、 玻棉生產用離心器、高溫軸及輔件 8、 鋼坯加熱爐用鈷基合金耐熱墊塊和滑軌
9、 閥門座圈
10、 鑄造“U”形電阻帶
11、 離心鑄管系列
12、 納米材料系列產品
13、 輕比重高溫結構材料
14、 功能材料(膨脹合金、高溫高彈性合金、恒彈性合金系列)
15、 生物醫學材料系列產品
16、 電子工程用靶材系列產品
17、 動力裝置噴嘴系列產品
18、 司太立合金耐磨片
19、 超高溫抗氧化腐蝕爐輥、輻射管。
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C-59合金可以很容易地用普通制作工藝來加工。
1、加熱 C-59合金在熱處理前和熱處理過程中不可以和任何污染物接觸。 在含有S、P、Pb和其它低熔點金屬的環境中加熱,會使C-59合金的性能下降。污染物的來源主要有標記筆痕跡、溫度指示漆、粉筆、潤滑油脂、燃料等。 加熱爐燃料的含硫量必須低,天然氣的含硫量必須低于0.1%(質量),燃料油的含硫量不可超過0.5%。 爐氣環境應該是輕的氧化性,不可以在氧化性和還原性之間波動。不可以讓火焰直接沖擊合金材料。
2、熱加工 C-59合金可以在950-1180℃之間進行熱加工。冷卻要用水急冷。 熱加工后退火可以確保材料有良好的耐蝕性能。
3、冷加工 退火的C-59合金才可以用來冷加工,C-59合金的加工硬化率是很高的,對成形設備的要求要高一些。 當冷變形加工執行時,工序間退火是必要的。
4、熱處理 固溶熱處理溫度應該在1100-1180℃,在1120℃處理。 水冷是確保材料有耐蝕性能的基本要點。在任何熱操作過程中,材料表面必須清潔。
5、除垢 C-59合金焊縫附近的氧化物比其它不銹鋼要緊密的多,可以用細砂輪打磨干凈。 酸洗前,材料表面的氧化物、污點等可以用細砂輪或不銹鋼絲刷打磨干凈。
6、機加工 機加工C-59合金應該是固溶處理狀態。由于其加工硬化率較大,所以相對于低合金奧氏體不銹鋼來說,要采用較低的表面切削速度,且進刀量要大,以忽略硬度較高的表面。同時要讓刀具處于連續運轉的狀態。
九、焊接焊接鎳基合金時,要遵守下列操作規程:
1、工作場地 C-59合金的焊接場該是獨立的,和碳鋼加工場地分開,同時不可以有氣流擾動。
2、著裝 焊接著裝應該采用皮革手套和工作服。
3、加工工具和機械 工具要采用鎳基合金專用工具,制造和加工機械如:剪板機、卷板機、壓制機械等,其工作臺面要用毛氈、紙板、塑料等覆蓋,防止C-59合金表面在加工過程中被壓入污染物,導致終的腐蝕。
4、清理 基材金屬的焊縫區域清理和填料金屬的清理應該使用丙酮。
5、坡口準備 C-59合金的焊接坡口成形可以采用機械方法,如車削成形、磨削成形或刨制成形;等離子切割也是可以的,不過切割后的坡口要打磨干凈,并且不可以使坡口附近過熱。
6、坡口角度一般焊接后應該立即用不銹鋼絲刷刷去氧化部分。 鎳基合金和特種不銹鋼相對于普通碳鋼的一般區別在于其有較低的熱傳導系數和有較高的熱膨脹率。其焊接焊腳要大(1-3 mm),坡口角度要在60-70°左右,主要因為C-59合金的熔化金屬有較高的粘性,而且其焊后收縮傾向比較大。
7、引弧 引弧時只可以在即將焊接的焊縫區域內進行,不可以在已完成的焊接件上,以免造成耐蝕性能的下降。
8、焊接工藝 C-59合金可以用多種常規焊接工藝焊接,如:TIG/GTAW,MIG/MAG,手工金屬焊接、等離子弧焊等。不過焊接前的清理是必要的。
9、焊接參數和有關影響因素 焊接時要謹慎選擇熱輸入量,一般要采用較低的熱輸入量,層間溫度不要超過150℃。同時采用較薄的焊道焊接工藝。
一般焊接后應該立即用不銹鋼絲刷刷去氧化部分。