חשיפת המסתורין של פרזול סגסוגת על: יצירת חומר גיבורי העל של התעשייה

חשיפת המסתורין של פרזול סגסוגת על: יצירת חומר גיבורי העל של התעשייה

סגסוגת על, הידועה גם כסגסוגת עמידה בחום או סגסוגת על, היא חומר מתכת חיוני למנועי תעופה מודרניים, מנועי רקטות, טורבינות גז וציוד כימי. זה יכול לעמוד בלחץ מורכב בתנאי חמצון וקורוזיה של 600 ~ 1100 מעלות, ויכול לעבוד בצורה אמינה לאורך זמן.

כיום, בין סגסוגות העל דפורמציה, הנפוצות ביותר הן סגסוגות על מבוססות ברזל וסגסוגות על מבוססות ניקל. סגסוגות על בסיס ברזל משמשות יותר כדיסקיות טורבינה, דיסקיות מדחס, תאי בעירה ולהבים של טבעת נושאת, ומאפייני ההרכב שלהן הם בעיקר ברזל, המכיל כמות גדולה של ניקל, כרום ואלמנטים אחרים. על פי מאפייני החיזוק שלו, ניתן לחלק אותו לסוג התקשות גיל חלש, סוג התקשות של פתרון מוצק, סוג התקשות גיל קרביד וסוג התקשות תרכובת בין-מתכתית.

סגסוגות על בסיס ניקל משמשות יותר בייצור להבי טורבינה, תאי בעירה, דיסקיות טורבינה, דיסקים מדחסים ולהבי מדחס, שהרכבם מאופיין בבסיס ניקל, המכיל ω (Cr) של 10% עד 20%, ויוצרים על בסיס ניקל. מטריצה ​​אוסטניט. בנוסף, חלק מהסגסוגות מכילות גם 10% עד 20% של ω (Co), ויוצרות מטריצת אוסטניט ניקל-כרום-קובלט. על פי סוג החיזוק שלו, ניתן לחלק אותו לסוג מחזק תמיסות מוצק וסוג מחזק יישון.

המאפיינים של סגסוגת העל תלויים בעיקר בהרכב ובמבנה המיקרו של הסגסוגת. הסוג, המבנה, הצורה, הגודל, הכמות וההפצה של הפאזה המשוקעת חשובים במיוחד במבנה המיקרו. משקעים נפוצים בסגסוגות על בסיס ברזל וניקל הם תרכובות בין-מתכתיות, קרבידים ובורידים. כל התרכובות הללו ניתנות לוויסות ולשלוט על ידי טיפול בחום, וניתן לשנות את המורפולוגיה והפיזור שלהן על ידי דפורמציה.

טיפול החום של סגסוגות-על מעוותות מורכב בדרך כלל מטיפול בתמיסה מוצקה, טיפול ביניים (הידוע גם כטיפול בתמיסה מוצקה משנית) וטיפול בהזדקנות. מטרת הטיפול בתמיסה היא להשיג תמיסה מוצקה על-רוויה אחידה ולשלוט בגודל הגרגיר המתאים. מטרת טיפול בחום ביניים היא לשנות את מצב הקרביד ולהשיג שני שלבים שונים בגדלים שונים. מטרת טיפול ההזדקנות היא לגרום לשלב המחוזק לזרז באופן מלא ואחיד, להשיג את האפקט של התקשות המשקעים, בחירת טמפרטורה, זמן ותדירות, לקבל את מספר השלב המחוזק, הצורה והפיזור מתאים כקריטריון. הליבה של תהליך הדפורמציה החמה של סגסוגות-על מעוותות היא הפלסטיות התהליך ועיוות קריטי של גבישים גסים.

1. מאפיינים של דפורמציה של סגסוגת על

1) פלסטיות נמוכה, סגסוגת על בשל דרגת הסגסוג הגבוהה, בעלת מבנה הטרוגני והרכב פאזה מורכב, לכן הפלסטיות של התהליך נמוכה. במיוחד בטמפרטורות גבוהות, כאשר מכילים יסודות הטומאה כגון S, Pb, Sn, כוח הקישור בין גרגירים נחלש לרוב והפלסטיות מופחתת. סגסוגות-על משתמשות בדרך כלל בתכולה הכוללת של אלמנטים מחזקים אלומיניום וטיטניום כדי לקבוע את רמת הפלסטיות, כאשר התכולה הכוללת גדולה או שווה ל-6%, הפלסטיות תהיה נמוכה מאוד. משיכות התהליך של סגסוגת על מבוססת ניקל נמוכה מזו של סגסוגת על מבוססת ברזל. הפלסטיות התהליך של סגסוגות על רגישה מאוד לקצב דפורמציה ומצב מתח. כמה מטילי סגסוגת ומטילי ביניים צריכים להיווצר על ידי דפורמציה במהירות נמוכה והפרעה, גלגול ואפילו שחול.

2) עמידות לדפורמציה גדולה, בשל ההרכב המורכב של סגסוגת העל, טמפרטורת התגבשות גבוהה, מהירות איטית, בעלת עמידות גבוהה לעיוותים ונטיית התקשות בטמפרטורת דפורמציה, עמידות העיוות היא בדרך כלל פי 4 עד 7 מזו של פלדה מבנית רגילה.

3) טווח טמפרטורת החישול צר, נקודת ההיתוך של סגסוגת העל נמוכה בהשוואה לפלדה, וטמפרטורת החימום גבוהה מכדי לגרום להתחממות יתר ושריפת יתר. אם טמפרטורת עצירת הזיוף נמוכה מדי, הפלסטיות נמוכה, התנגדות העיוות גדולה, ועיוות המעורב הקר והחם קל לגרום ליצירת גבישים גסים לא אחידים. לכן, טווח הטמפרטורות של פרזול סגסוגת-על הוא צר מאוד, בדרך כלל רק כ-200 מעלות צלזיוס. טווח טמפרטורת החישול של סגסוגות עמידות חום על בסיס ניקל צר יותר, רובן הן 100 ~ 150 מעלות צלזיוס, וחלקן אפילו פחות מ- 100 מעלות צלזיוס.

4) המוליכות התרמית ירודה, והמוליכות התרמית של סגסוגת העל בטמפרטורה נמוכה הרבה יותר נמוכה מזו של פלדת פחמן, כך שבדרך כלל יש צורך להאט את החימום מראש בטווח של 700 ~ 800 מעלות צלזיוס, אחרת זה יגרום לטמפרטורה גבוהה מתח, כך שמתכת החימום נמצאת במצב שביר.

2. פלסטיות תהליך של superaloy

1) בשל תוספת של מספר רב של אלמנטים מתג, עמידות החום של superaloy משתפרת, אך הפלסטיות של התהליך מופחתת מאוד. סגסוגת גבוהה גורמת להפרדה חמורה ולגבישים עמודים גסים. בחוליה החלשה של גבול גרגר הדנדריט הראשוני, קל להתרחש סדקים לאורך גבול התבואה. בשל הפרדת הדנדריטים, תכולת יסודות הסגסוגת בחלק המתגבש הראשון נמוכה, ותכולת יסודות הסגסוגת בחלק הקצוות הדנדריטים גבוהה, כך שהקרבידים והתרכובות הבין-מתכתיות מתרכזות בחלק הקצוות הדנדריטי, מה שמפחית את הגמישות של הסגסוגת.

2) סגסוגת גבוהה הופכת את הפלסטיות של בר סגסוגת העל לנמוכה בהרבה מזו של פלדת הסגסוגת הרגילה. מכיוון שמספר רב של יסודות סגסוגת מועשרים באזור גבול התבואה, חוזק גבול התבואה נמוך מהחוזק התוך גרגר בטמפרטורה גבוהה, ורבים מחלקיקי הפאזה המחוזקים לא כולם מומסים בתמיסה המוצקה בטמפרטורת העיוות טווח, כגון קרביד ובוריד וכו', כך שבנוסף ל, ישנם גם שלבים מחוזקים המעורבים בדפורמציה, כלומר, הדפורמציה לא מתבצעת ב- מצב חד פאזי. לכן, הפלסטיות התהליך של מוט גלגול סגסוגת על היא גם נמוכה יחסית. לכן, בניסוח הליכי תהליך חישול סגסוגת על, יש למדוד תחילה את הפלסטיות התהליך של הסגסוגת.

3. קביעת טמפרטורת דפורמציה של סגסוגת על

1) העיקרון של קביעת טמפרטורת העיוות של סגסוגת העל, בשל המורכבות של דרגת הסגסוגת של הסגסוגת, טמפרטורת ההיתוך הראשונית של הסגסוגת יורדת, וטמפרטורת הפירוק של שלב ההתגבשות והחיזוק עולה, וכתוצאה מכך טמפרטורת העיוות הופכת צרה יותר וצר יותר. לכן, בעת קביעת טמפרטורת העיוות, בנוסף להבטחת הפלסטיות של התהליך ועמידה בהיווצרות, עליה לעמוד גם בצורך להשיג ארגון ומאפיינים טובים. על מנת לשמור על רשת הפריקה הסלולרית במבנה המיקרו של פרזול סגסוגת על ולהשיג גרגרים עדינים ואחידים ותכונות טובות, טמפרטורת העיוות החישול צריכה להיות נמוכה מטמפרטורת הגידול של הגרגרים, וטמפרטורת החישול הסופית צריכה להיות קרובה ל (קצת יותר גבוהה) הטמפרטורה של פירוק חלקיקי השלב השני לתמיסה המוצקה וטמפרטורת ההתגבשות מחדש.

חשיפת המסתורין של פרזול סגסוגת על: יצירת חומר גיבורי העל של התעשייה

2) מפרט החימום של סגסוגת על, חימום סגסוגת על מחולק לחימום מוקדם וחימום שני שלבים. על מנת לקצר את זמן ההחזקה של סגסוגת העל בטמפרטורת החימום של חישול, הימנע מהתגבשות מופרזת של גרגרים ודלדול אלמנט סגסוגת; יחד עם זאת, על מנת להפחית את הלחץ התרמי הנגרם על ידי מוליכות תרמית ירודה ומקדם התפשטות תרמית גבוה של הסגסוגת העל, יש לחמם את הריק לפני הזיוף. טמפרטורת החימום מראש היא 750 ~ 800 מעלות, וזמן ההחזקה מחושב כ-0.6 ~ 0.8min/mm. טמפרטורת החימום היא בדרך כלל 1100 ~ 1180 מעלות צלזיוס, וזמן ההחזקה הוא 0.4 ~ 0.8 דקות/מ"מ. ציוד החימום יכול להשתמש בתנור התנגדות, המצויד במדחום ובמכשיר בקרת טמפרטורה לכוונון אוטומטי לשליטה מדויקת. כאשר תנור הלהבה נבחר, יש לשלוט בקפדנות על תכולת הגופרית בדלק: תכולת הגופרית בסולר או בשמן כבד צריכה להיות פחות מ-0.5%; תכולת הגופרית של הגז צריכה להיות פחות מ-0.7g/m3. תכולת הגופרית המוגזמת בדלק תיצור Ni-Ni3S3 אוטקטית עם נקודת התכה נמוכה (≈650 מעלות) כאשר היא חודרת לתוך פני השטח של הבילט, מה שהופך את הסגסוגת לוהטת לשבירה. יש צורך לנקוט פחות וללא אמצעי חימום חמצון כדי למנוע דלדול של כרום, אלומיניום, טיטניום ואלמנטים אחרים על פני השטח של הריק, ולהפחית את חוזק העייפות וחוזק מתמשך בטמפרטורה גבוהה של הסגסוגת. ניתן להשתמש בחימום אינדוקציה מקומי בחישול מוקדם של ריק. לפני החימום, יש לנקות את החסר כדי להסיר לכלוך ולמנוע פגמים על פני השטח עקב קורוזיה. בעת חישול עם מספר שריפות, יש להפחית את טמפרטורת החימום של הפרזול עם הארכת זמן המרווח בין שתי השריפות כדי למנוע צמיחת גרגירים שהתרחשה התגבשות סטטית, במקביל, גם טמפרטורת החימום החוזר צריכה להיות נמוכה יותר ככל שמתקרבים יותר. למוצר החישול המוגמר, ככל שהדפורמציה קטנה יותר.

4. קביעת דרגת דפורמציה של superaloy

1) העיקרון של קביעת מידת העיוות של סגסוגות על

בשל הדרגה הגבוהה של סגסוגת, טווח טמפרטורת העיוות של סגסוגת העל הוא צר, ואין מרווח התאמה רב. בנוסף, לסגסוגת העל אין מעבר איזומריזציה, וגודל הגרגירים של הסגסוגת נשלט בעיקר על ידי עיוות החישול. לכן, לאחר קביעת טמפרטורת העיוות, הבחירה בדרגת העיוות חשובה מאוד. בטמפרטורת חישול מסוימת, העיוות של כל סדר חימום צריך להיות גדול מדרגת העיוות הקריטית וקטן מדרגת העיוות המקבילה של אזור גידול הדגן השני. תחת הנחת היסוד של עמידה בדרישות הפלסטיות של התהליך וסידור התהליך (קדם חישול), כל דפורמציה צריכה להיות עמוקה ואחידה, ולנסות למנוע דפורמציה לא אחידה, אחרת היא תיצור גבישים גסים עם פסים וגבישים גסים מקומיים. לגבישים הגסים של סגסוגות-על יש עקשנות גנטית מסוימת, וקשה לשנות את הגבישים הגסים המיוצרים על ידי דפורמציה אחת לא אחידה כאשר דרגת הדפורמציה אינה גדולה מספיק בעיוות המיידי. על מנת להשיג מבנה מיקרו ומאפיינים משביעי רצון, יש להשתמש בטמפרטורת חימום נמוכה יותר, דרגת דפורמציה גדולה יותר, שלב המשקעים כדי לשלוט במבנה המיקרו, לשפר את גודל הגרגר ומצב גבול התבואה במהלך עיוות חישול סופי.

בנוסף לגודל הגרגר, מצב גבול התבואה הוא גם גורם מיקרו-מבנה חשוב. מנקודת המבט של חיזוק והקשחת גבול התבואה, לשליטה בארגון גבול התבואה יש את החוקים הבאים:

(1) היעדר שלב המשקעים בגבול התבואה קל להפוך לערוץ סדק.

(2) הפאזה הגסה והקרביד מפוזרים באופן אחיד על גבולות התבואה, מה שיחזק ויחזק את גבולות גרגרי הסגסוגת.

(3) ישנם חלקי הרפיית מתח באזור המדולדל של גבול התבואה, אשר יכולים להפחית את ההתנגדות לגזירה ולהרחיב את אזור ריכוז המתח. לכן, כאשר חוזק גבול התבואה גבוה מדי, האזור המדולדל ממלא תפקיד מועיל.

(4) היווצרות שלבי קרביד סרט דק מתמשכים על גבול התבואה הופכת את החריץ של הסגסוגת לרגיש.

(5) היווצרות קרבידים תאיים על גבולות התבואה משפיעה לרעה על החוזק וההתקשות של גבולות גרגרי הסגסוגת.

לכן, בנוסף למערכת טיפול בחום סבירה, בתהליך החישול, באמצעות חלוקה סבירה של דפורמציה, במיוחד כדי להגביר את מידת העיוות הסופי של החישול של השריפה האחרונה, לשיפור מצב גבול התבואה, התאמת חוזק התבואה והגבול. , כדי להשיג מאפיינים ארגוניים טובים, הוא ללא ספק חשוב מאוד.

2)בדרך כלל סגסוגות-על מעוותות רגישות יותר לעיוות קריטי, ודרגת העיוות הקריטית משתנה בדרך כלל בטווח רחב ({{0}}.5% ~ 20%), הערך הספציפי משתנה עם הסגסוגת ומידת העיוות הקריטית של ה- אותה סגסוגת שונה בטמפרטורות חימום שונות. לדוגמה, דרגת העיוות הקריטי הכוללת של סגסוגת GH4049 היא 0.1% ~ 7%. דרגת העיוות הקריטית הכוללת של סגסוגת GH4220 היא 0.6%-4.7% ב-1150 מעלות ו-0.1%-3% ב-1180 מעלות, אך דרגת העיוות הקריטית בטמפרטורות פרזול שונות, דרגת העיוות ב- הגרעין המקסימלי וקוטר העיוות הקריטי המרבי אינם זהים. הקוטר של הגביש הגס דפורמציה קריטית גדול בכמה סדרי גודל מזה של הגרגר הרגיל, כאשר הגדול ביותר הוא 10 מ"מ והקטן ביותר הוא 1 מ"מ.

5.השפעת פרמטרי תהליך חישול על מבנה מיקרו ומאפיינים של סגסוגת על

הבחירה הנכונה של חישול ופרמטרים של תהליך טיפול בחום לאחר מכן משפיעה ישירות על התכונות המכניות של פרזול. תוצאות הבדיקה של סגסוגות שונות מפורטות להלן לעיון בבחירת פרמטרי עיבוד חימום.

1) השפעת טמפרטורת החימום על מבנה המיקרו והמאפיינים של סגסוגת GH2036

טמפרטורת החימום המותרת של דיסק טורבינת סגסוגת GH2036 לפני חישול למות היא 1190 מעלות. אם הסגסוגת מחוממת ב-1220 מעלות למשך שעתיים, דגימות המתיחה וההשפעה משתנות משבר טרנסגרנולי לשבר בין-גרעיני, כלומר הסגסוגת מתחממת יתר על המידה. אם הסגסוגת מחוממת במשך 2 שעות ב-1250 מעלות ו-1280 מעלות, גבול התבואה של הסגסוגת מייצר התכה ראשונית מקומית, כלומר, הסגסוגת נשרפת יתר על המידה. שבר בין-גרגירי מתרחש הן בדגימות מתיחה והן בדגימות פגיעה, והתכונות הכוללות של הסגסוגת יורדות. השפעת חימום בטמפרטורה גבוהה על המאפיינים של סגסוגת GH2036, תכונות ההשפעה, המתיחה והעמידות של הסגסוגת מתדרדרים עם עליית טמפרטורת החימום.

2) השפעת טמפרטורת העיוות הסופית על המאפיינים של סגסוגת GH4169

כאשר דרגת העיוות הסופית היא 25%, ניתן לבטל את רגישות החריץ על ידי שליטה בטמפרטורת העיוות הסופית ב-900 ~ 955 מעלות, והעלייה בטמפרטורת העיוות הסופית תגרום לגרגר הסגסוגת להפוך לא אחיד ולהפחית את הפלסטיות שלו, וכתוצאה מכך. ברגישות חריגה. 3) השפעת גודל הגרגירים על הביצועים

3) השפעת גודל גרגר על מאפיינים

הגרגר הגס יותר יכול להגביר את החוזק המתמשך ואת חוזק הזחילה, בעוד שהגרגר העדין יותר יכול להגביר את חוזק התפוקה ואת חוזק העייפות. גודל גרגר אחיד מועיל לתכונות הסגסוגת. חיי השבר של גבישים גסים קצרים יותר מזה של גבישים עדינים. ההשפעה המקיפה של גודל הגרגרים על המאפיינים של סגסוגת GH4169 מראה כי חוזק התפוקה וחוזק העייפות של סגסוגת GH4169 משתפרים כמובן על ידי עידון גרגרים, אך חוזק העייפות בטמפרטורות מעל 600 מעלות ירד. ההשפעה על החוזק הקבוע של הסגסוגת תלויה בצורת השבר (שבר טרנסגרנורי או בין גרעיני), כלומר, הטמפרטורה של הסגסוגת קשורה.

4) השפעת פרמטרים של תהליך תרמי על התגבשות דינמית

כאשר דרגת העיוות גדולה מ-30%, כאשר סגסוגת GH4169 מחושלת על הפטיש או המכבש ההידראולי, טמפרטורת תחילת ההתגבשות הדינמית היא בערך בין 930 ~ 960 מעלות, וכאשר פרזול איזותרמי, היא בערך 930 ~ 940 מעלות.

ההתגבשות הדינמית של סגסוגת GH4169 מתאפשרת על ידי הגדלת טמפרטורת החישול, הגדלת דרגת העיוות, אימוץ קצב מתח גבוה יותר או נמוך יותר ויישום דפורמציה מרובה.