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Cr20Ni80無縫管生產(chǎn)隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,空天領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)材料在力學(xué)性能上提出了更高的要求。鎳基高溫合金由于其較高的重,急需尋找可以取而代之的新型材料,Ti Al合金由于具有低重、出的高溫強(qiáng)度使得其成為具有競爭力的候選材料,但室溫的低塑性嚴(yán)重了其生產(chǎn)應(yīng)用。

無錫國勁合金*生產(chǎn)TP347、S32750、astelloyB-2、4J36、F44、N6、253MA、07Cr18Ni11Nb、Invar36、Ni2200、254o、725LN、Nickel201等材質(zhì)。

結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩種合金均在1000℃時(shí)出大延伸率（400%）。但（β/B2+γ）合金在850℃時(shí)的延伸率即超過*,而（α2+γ）合金則僅有50%。利用拉伸曲線對合金的變形動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)合金在佳超塑性條件下的應(yīng)變速率因子均≥0.5。（α2+γ）合金的表觀變形能為390 kJ/mol,與Al元素在TiAl晶格中的擴(kuò)散能相當(dāng);而（β/B2+γ）合金則為295 kJ/mol,顯著低于前者。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),對于所有具有（α2+γ）組織的TiAl合金,其超塑性變形動(dòng)力學(xué)與普通無序合金近似,說明二者具有相同的速率控制機(jī)制。對于富β/B2相的TiAl合金,其超塑性變形動(dòng)力學(xué)受到β/B2相體積分?jǐn)?shù)的顯著影響。利用SEM、EBSD對兩種合金在850℃和1000℃變形后的顯微組織進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在850℃變形后,兩種合金均發(fā)生了顯著的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,小角晶界數(shù)量急劇增大,并形成了明顯的<100>+<111>絲織構(gòu),說明合金的變形機(jī)制以晶內(nèi)滑移/孿生為主。而在1000℃變形時(shí),兩種合金的變形組織存在顯著差異。（α2+γ）合金在變形前后的晶粒度、相組成、晶界征幾乎沒有發(fā)生變化,但初始鍛造織構(gòu)幾乎*,僅僅出現(xiàn)了極其微弱的<100>+<111>絲織構(gòu),表明（α2+γ）合金的超塑性變形機(jī)制為晶內(nèi)變形協(xié)調(diào)的晶界。隨著返回料例的,G4169合金的氧氮含量,主要合金成分均在成分范圍內(nèi)變化;Les及γ+Les共晶相的尺寸先后減小,在60%返回料合金中達(dá)到大,其枝晶間區(qū)域?qū)挾冗_(dá)到大;抗壓強(qiáng)度σb和屈服強(qiáng)度σ0.2逐漸升高。在室溫和1150℃時(shí),含60%返回料合金的屈服強(qiáng)度值大。在1150℃時(shí),含80%返回料合金的抗壓強(qiáng)度值大。K418返回料合金中氮含量的促進(jìn)了合金枝晶間區(qū)域碳氮化物析出,阻礙枝晶間剩余液相的流動(dòng),剩余液相的溶質(zhì)濃度,使合金液成分向共晶點(diǎn),為共晶相γ+γ’形成提供有利條件。枝晶間剩余液相的流動(dòng)性減弱,局部冷速,為γ+Y’共晶相的長大提供有利條件。在兩種有利條件的共同作用下,在返回料合金的枝晶間區(qū)域中,形成了更多的碳氮化物和較大尺寸的γ+γ’共晶相。

Cr20Ni80無縫管生產(chǎn)空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)被視為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè),而鎳基高溫合金是空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要保障。為了保證空發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性,對高溫合金中氣體和雜質(zhì)含量都有嚴(yán)格的要求。但在雜質(zhì)控制水平方面,我國與水平仍有較大差距。因此,鎳基合金的高溫冶金具有重要意義。真空感應(yīng)熔煉是生產(chǎn)高溫合金的基本。目前廣泛使用的MgO和Al2O3坩堝耐火材料,存在高溫合金熔體與坩堝耐火材料的反應(yīng),污染了合金熔體,從而影響母合金的純凈度,合金的使用性能。從高溫合金純凈化熔煉角度考慮,本文旨在研發(fā)適用于鎳基高溫合金熔煉的氧化鋯耐火材料,以減小耐火材料對合金的影響。經(jīng)過文獻(xiàn)調(diào)研,氧化鎂部分氧化鋯（MgO-PSZ）材料具有潛在的應(yīng)用前景。本研究涉及MgO-PSZ的成型與燒結(jié)藝和摻雜不同MgO含量的MgO-PSZ的性能的評價(jià),并從高模擬侵蝕實(shí)驗(yàn)和真空感應(yīng)熔煉實(shí)驗(yàn)兩個(gè)角度研究了MgO-PSZ作為高溫合金熔煉用耐火材料的可行性。實(shí)驗(yàn)中提出MgO-PSZ的侵蝕機(jī)理。同時(shí)針對侵蝕機(jī)理提出Al2O3摻雜改進(jìn)MgO-PSZ耐侵蝕性的解決措施,并探討了Al2O3摻雜改進(jìn)MgO-PSZ耐侵蝕性的機(jī)制。論文通過分析MgO-PSZ素坯熱收縮和TG-DSC曲線,了MgO-PSZ燒結(jié)藝。熔煉溫度到1500℃時(shí),界面反應(yīng)層轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)分布狀態(tài)。當(dāng)熔煉溫度達(dá)到1600℃,反應(yīng)層厚度進(jìn)一步。熔煉溫度1600℃條件下,隨保溫時(shí)間（15 min、30 min、60 min）,界面反應(yīng)層厚度不斷（2.3μm、3.4μm、4.3μm）。成分分析結(jié)果表明該界面反應(yīng)層主要為fO2相,即由高溫合金中活性元素f與陶瓷坩堝中SiO2發(fā)生明顯的氧化還原反應(yīng)所致。由于界面反應(yīng)程度隨保溫時(shí)間而加強(qiáng),鑄件表面粘砂現(xiàn)象趨于嚴(yán)重,該粘砂物主要由界面反應(yīng)產(chǎn)物fO2和坩堝材料SiO2共同構(gòu)成。（2）保溫時(shí)間15 min時(shí),DZ22B高溫合金與Al2O3陶瓷坩堝的界面反應(yīng)主要發(fā)生于1600℃,所形成的產(chǎn)物相為fO2,即由高溫合金中活性元素f與陶瓷坩堝中Al2O3發(fā)生一定的氧化還原反應(yīng)所致。隨保溫時(shí)間（15 min、45 min）,界面反應(yīng)產(chǎn)物基本呈不連續(xù)狀分布,且為fO2相的平均尺寸由1.3μm到2.6μm。相同保溫時(shí)間15 min條件下,熔煉溫度1400℃時(shí),鑄件表面未出現(xiàn)粘砂物。熔煉溫度到1500℃時(shí),鑄件表面出現(xiàn)少量由坩堝材料Al2O3所構(gòu)成的粘砂物。Fe含量的,固溶態(tài)合金的拉伸性能及持久性能,斷裂也由穿晶斷裂向沿晶斷裂轉(zhuǎn)變?；谥皩i-Cr系及Ni-Cr-Fe系合金的結(jié)果,著重研究了 Ni-Cr-15Fe系合金及Ni-Cr-30Fe系合金在不同P含量下的組織性能變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),P含量的促進(jìn)晶界M相的析出,在蠕變初期起到強(qiáng)化晶界的作用。晶內(nèi)顯微硬度的變化,證明P在基體中的固溶強(qiáng)化作用是晶內(nèi)強(qiáng)度的關(guān)鍵,也是蠕能的主要原因。證實(shí)了 P的有益作用確實(shí)具有合金選擇性,在較低Fe含量的合金中,適當(dāng)P含量既可以通過析出相強(qiáng)化晶界,也可發(fā)揮P在晶內(nèi)的固溶強(qiáng)化作用,使其性能達(dá)到優(yōu)。

i)揭示出CNTs與石墨、炭黑相,具有小的尺寸和大的表面積,了碳源與反應(yīng)物的面積,同時(shí)CNTs在反應(yīng)中溶解擴(kuò)散速度快,碳原子供應(yīng)充足,反應(yīng)時(shí)間短,從而制備的TiC_p顆粒尺寸小且形貌為近球形。ii)揭示出CNTs球磨預(yù)處理2 h對促進(jìn)納米TiC_p分散、促進(jìn)反應(yīng)*和有害中間產(chǎn)物相的機(jī)制為:球磨剪短處理后CNTs更大的表面積和更小的尺寸,增大了CNTs與Al-Ti二元液相的面積,促進(jìn)了CNTs的溶解,使反應(yīng)析出納米TiC_p的幾率增多,了合成的納米TiC_p在基體中的分散,同時(shí)促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行,合成反應(yīng)更*,了Al3Ti中間相。iii)發(fā)現(xiàn)采用球磨2 h后的CNTs制備的9 vol.%納米TiC_p/Al-Cu-Mg復(fù)合材料具有高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂應(yīng)變,分別為404 MPa、601 MPa和8.1%,采用未處理CNTs制備的9 vol.%納米TiC_p/Al-Cu-Mg復(fù)合材料分別了66MPa、82 MPa和0.4%;相對于基體合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度(269 MPa和441MPa)分別135 MPa和160 MPa,但斷裂應(yīng)變(19.8%)。經(jīng)過1315℃固溶處理后,各元素的偏析程度大幅,合金可的蠕能。其中,4%W-6%Mo/無Ru單晶合金在760℃/800MPa蠕變壽命為354h,在1040℃/137MPa蠕變壽命高達(dá)556h,測定出合金在上述溫度穩(wěn)態(tài)期間的蠕變能分別為Q=458.3kJ/mol和Q=420.9kJ/mol。元素W含量由4%至6%,合金在*時(shí)效和蠕能期間均有大量針狀μ相析出。該析出相富集難熔元素,了合金組織的連續(xù)性,易于引起應(yīng)力集中和促進(jìn)裂紋的萌生和擴(kuò)展,是合金蠕變強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)。其中,析出的針狀μ相可大幅度合金的蠕能,與4%W-6%Mo合金相,6%W-6%Mo合金在1040℃和800℃的蠕變壽命分別了67%和41.1%。6%W-6%Mo合金的基礎(chǔ)上添加2%Ru,可較多Al、Ta等γ’相形成元素溶入γ基體相,Cr、Co、Mo、W等γ基體相形成元素較多溶入γ’相,是元素Ru合金中析出TCP相的主要原因。與4%W-6%Mo合金相,2%Ru-6%W-6%Mo合金在1100℃/137MPa的蠕變壽命由68h到125h。鎳基高溫合金因在650~1000℃范圍內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和良好的抗氧化、抗燃?xì)飧g能力,目前廣泛運(yùn)用于空天領(lǐng)域,是現(xiàn)代空發(fā)動(dòng)機(jī)、天器和發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵熱端部件材料。但是采用的加去除鎳基高溫合金不僅效率低而且成本高,而電解加由于不是依靠機(jī)械能,采用電化學(xué)的能量來去除金屬材料,具有無應(yīng)力與材料的硬度無關(guān)的點(diǎn)。因此,采用電解加是一種適合空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵熱端部件的加。但是目前對于鎳基高溫合金的電解加的加參數(shù)對表面粗糙度、加速率、加間隙的影響規(guī)律研究較少,因此對鎳基高溫合金電解加藝的進(jìn)一步研究具有重要意義。本文通過電解加試驗(yàn)平臺的搭建、電解加的基本原理加條件分析、單因素實(shí)驗(yàn)、正交試驗(yàn)與信噪分析這幾個(gè)方面對鎳基高溫合金G4169的電解加進(jìn)行研究。