高温合金相关

高温合金

高温合金：是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。高温合金为单一奥氏体基体组织，且其合金化程度很高,在各种温度下均具有良好的组织稳定性和使用的可靠性。高温合金主要用于固体火箭发动机及燃气轮机的 4 大热端部件，即导向器、涡轮叶片、涡轮盘和燃烧室。就目前使用的高温合金来看，镍基高温合金的使用范围远远大于铁基和钴基高温合。

发展概况：普通锻造---铸造高温合金---定向凝固高温合金---单晶

高温合金----弥散强化高温合金和纤维增强的高温合金。

ODS高温合金：

（1）生产工艺：DS 高温合金都是采用ＭＡ技术将超细的氧化物颗粒均匀地分散到合金基体中。含有弥散氧化物颗粒的机械合金化

粉末经固结处理后,便可得到密实的合金材料。

原始粉末-机械和金-装套，除气-封焊-热挤-形变加工-再结晶退火-探伤检测-成品

高温合金熔炼新技术：

高温合金成型方法：熔模精密铸造，铸锭冶金（包括挤压、轧制、锻造等）粉末冶金，定向凝固。

高温合金的几种成型方法的工艺路线

熔模精密铸造

熔模精密铸造也叫失蜡铸造，采用可溶一次性蜡模和一次性陶瓷型壳及陶瓷型芯铸造成型的方法。这种方法非常适合生产尺寸公差小、薄壁、拔模斜度小和表面光洁度大的铸件用该方法生产的铸件尺寸精度高，表面质量好，，经常不需要特殊的处理就能直接装配使用。

基本工艺流程为：将耐火材料和粘结剂配制成粘度适中的浆料，把表面清洁、尺寸精确的蜡模在浆料里浸蘸，撒砂。待其干燥后，重复多次蘸浆、撒砂步骤，每一层浆料的粘度与所撒得砂的粒度都有变化，一般面层为细沙，背层为粗砂；最后一层只挂浆，不撒砂；待型壳充分干燥后，用水蒸汽或热水进行脱蜡，最后进行焙烧，使型壳具有一定强度。浇注铸件前，型壳要预热到一定温度，以保证金属具有较好的流动性；浇注金属液，待铸件凝固后，除壳，清砂，得到所需铸件。其工艺程见图所示。

熔模精密铸造的工艺路线

熔模铸造方法生产的铸件内部难免有缩松、缩孔产生，因此铸件在使用前一般要经过热等静压处理，以减少内部缺陷对铸件性能的影响。由于，在热等静压后的铸件容易变形，因此还需要采取一些辅助措施来防止铸件变形。

模料的制备：

1.模料性能与工艺参数

（1）熔点：模料的熔点应适中,一般在60~90℃范围内为宜,以便于配制模料、制模及脱蜡工艺的进行。

低温(石蜡-硬脂酸)模料的熔点为50~51℃。由于熔点温度区间太小,控制制模工艺有较大的难度,一般采取手工制模的方式,难保证蜡模质量。①蜡料全熔温度:70~90℃,严禁超过90℃;②稀蜡温度:65~80℃;③蜡膏保温温度:48~50℃;④蜡膏温度:45~48℃;⑤脱蜡液温度:90~98℃。

中温(美国162型)模料的熔点为70~80℃,与熔点相当的工艺参数如下。由于熔点温度区间较大,模料的控温比较稳定,适应高压机械制模,蜡模质量较好。蜡缸温度:54~62℃;②射蜡嘴温度:56~60℃;③脱蜡蒸汽压力:0.6~0.8 MPa;④脱蜡温度:150~168℃。

（2）软化点：模料开始发生软化变形的温度称为软化点,一般不宜低于35℃。与其相应的工艺参数主要控制制模、修模、蜡模库、组装、制壳等工作间的室温,一般为(24±2)℃。

（3）收缩率及强度：收缩率小于1%，抗弯强度大于1.4MPa。

型壳的制备：耐火材料和粘结剂

1.耐火材料：耐火材料占型壳重量的90%以上，对型壳性能影响很大。哟与高温合金异常活泼，在高温下几乎可与所有耐火材料发生反应，在铸件表面形成污染层。因此，耐火材料的选择非常关键。在熔模精密铸造中耐火材料又可以分为粉料和撒砂材料。其中粉料与粘结剂配制成涂料，撒砂材料是为了增强氧化物陶瓷型壳的强度和透气性。其中，面层型壳会直接和金属液接触，因此要具有一定的

热力学稳定性，能够抵抗金属液的热冲击和热物理化学作用等，所以面层型壳材料的选择是至关重要的。

用于铸造高温合金的耐火材料应满足以下条件：化学惰性较高，与熔融的状态的金属液接触不发生化学反应；强度足够高，在造型，搬运和装炉过程中不变形、破碎；对水分，空气吸附性差；抗热冲击性能和耐火度较高，在高温下不软塌、不破碎；导热性低，减少铸件激冷产生的缺陷。

（1）碳质耐火材料主要是指人造石墨，人造石墨在真空下热膨胀系数小，耐火度高，强度随温度升高而有所提高，低温下与合金液反应较弱，条件恶劣

时易生成TiC。

（2）氧化物陶瓷材料是TiAl基合金精密铸造所采用的重要材料。工业上常用的氧化物陶瓷有SiO2、MgO、Al2O3、CaO、ZrO2、Y2O3和ThO2等。其中

CaO型壳易吸潮导致胀裂，故要求对湿度严格控制，操作难度大；锆英石、

莫来石含有的Si元素在精铸时会与熔融TiAl液发生剧烈的反应。ZrO2是

一种热力学稳定、性价比较高的化合物，与Ti液的润湿性较差，因而在

钛合金的熔炼和精铸方面得到了应用。经CaO或Y2O3稳定的ZrO2型壳与

TiAl反应层的厚度可控制在几十微米。无定形的Y2O3比表面积大，具有很

大活性，加上Y2O3本身呈较强的碱性，会使配置涂料发生困难，必须经

过高温稳定化处理后才能用作钛合金造型材料。Y2O3陶瓷型壳具有热导率

低、强度高等优点，成为近年来国内外研究的热点。

（3）Al2O3由于具有较高的Al含量，可降低TiAl基合金的活度，同时使氧在TiAl基合金的的固溶度减小，并且从热膨胀系数来看，Al2O3与TiAl的系

数相互接近，所以因TiAl基合金室温塑性差而发生断裂的可能性就会降低，因此Al2O3在TiAl基合金的精密铸造中具有很大的应用前景。

（4）铝硅酸盐作为耐火材料，在熔模精密铸造中有着重要的应用。其中，莫来石较为常用，它的熔点高，达到1870℃，具有较高的耐火度，在加热过

程中不会发生同素异晶的转变，在高温下与它发生化学反应的物质较少，线膨胀系数比Al2O3小，因此，莫来石是一种优良的耐火材料。通常，莫

来石被用作背层耐火材料，这是因为它的稳定性还打不到面层耐火材料的

要求，而用作型壳的背层就不会与钛液直接反应。

2.粘结剂：粘结剂是熔模铸造中型壳制造的重要原材料，必足能够粘结耐火材料，