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3.大尺寸Inconel 718/GH4169合金涡轮盘件的制造挑战与

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发布时间: 2024/12/11 11:31:00
 
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3.大尺寸Inconel 718/GH4169合金涡轮盘件的制造挑战与 详细说明
  变形高温合金概述
变形高温合金与Inconel 718/GH4169合金
变形高温合金(Wrought Superalloy)是一类可通过冷热加工成型的高温合金材料,属于~早的高温合金类型之一。该类合金相较于铸造高温合金和粉末高温合金,具有出色的塑性加工性能,能够直接通过锻造、轧制及挤压等工艺制造出复杂形状的零件,且生产成本相对较低,因此应用领域广泛,占据了高温合金市场约70%的份额。
变形高温合金的研究始于20世纪30年代末。英国在镍-铬电热材料的基础上,通过添加铝和钛等元素对合金进行强化。1939年,Mond镍公司开发了Nimonic 75合金,1941年为了进一步提高蠕变强度,又研发出了Nimonic 80合金,这标志着变形高温合金发展历程的开启。表1-1列出了近几十年来变形高温合金的成分变化,随着新合金的不断推出,合金体系引入了更多元素,从~初的4组元合金逐渐发展为包含10组元以上的复杂合金。然而,值得注意的是,Cr元素的含量相对稳定,这保留了早期变形高温合金的主要成分特征。
在众多变形高温合金中,Inconel 718合金尤为突出。这是一种Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金,长期使用温度范围为-253℃至650℃,短时使用温度可达800℃。据统计,1989年Inconel 718合金已占据变形高温合金总产量的45%,至2004年更是超过了高温合金总消耗量的60%。该合金由Inco公司的Eiselstein研发成功,并于1958年申请专利。~初,Inconel 718合金的研发旨在解决René 41、Waspaloy等合金难以焊接的问题[21],但因其出色的加工性能、服役性能、长期组织稳定性及相对低廉的价格,而被广泛应用于航空发动机和燃气轮机的零部件制造。尽管已有66年历史,且新型耐高温材料不断涌现,但Inconel 718合金仍保持着其重要地位。据GE公司预测,至2024年,该合金在关键燃气轮机部件中的使用量仍将庞大,与各种先进高温合金材料的总量相当。
关于Inconel 718合金的强化机制研究,起初相对滞后。20世纪60年代,研究热点集中于合金成分与热处理工艺对相稳定性的影响。通过大量实验数据,人们认为该合金的强化相为Ni₃Nb组成的特殊γ’相,同时发现了体心四方结构的亚稳态相和正交结构的Ni₃Nb相。到了70年代,体心四方结构的亚稳相被命名为γ"相,并被认为是Inconel 718合金的主要强化相,而γ’相则被认为是该合金强化机制的重要组成部分。
Inconel 718合金中主要存在的第二相有γ’、γ"、δ、Laves相以及MC碳化物等[26]。其中,γ’相是一种L12面心立方结构的有序相,主要由Ni、Al、Ti三种元素按化学计量比Ni₃(Al,Ti)组成,该相主要在650850℃长期时效时在合金基体中析出,析出形貌为球形。但需要注意的是,与Waspaloy、René41等合金不同,γ’相在Inconel 718合金中只占有约4%的体积分数,对合金整体的强化效果仅占1020%,因此并不是该合金的主要强化相。而γ"相则是Inconel 718合金的主要强化相,具有DO₂2体心四方结构,元素组成主要为Ni₃Nb,形貌特征为圆盘状,一般具有60nm的直径和510nm的厚度,在合金中的体积分数占比约为15%。该相的析出温度为650760℃,当温度高于816℃时会发生粗化并转变为δ相,完全回溶温度为950℃。δ相是γ"相的稳定相,具有D0a正交晶体结构,元素组成与γ"相完全相同,一般在基体中以针状或短棒状析出,主要分布于晶界附近,析出温度为700℃,析出峰为900℃,当温度高于1020℃时完全回溶。

变形高温合金的制造工艺简介

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产品名称:3.大尺寸Inconel 718/GH4169合金涡轮盘件的制造挑战与
 
·基本配置规格
  GH4169
 
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