Откривање мистерије ковања суперлегура: стварање суперхеројског материјала индустрије
Суперлегура, такође позната као легура отпорна на топлоту или супер легура, је есенцијални метални материјал за савремене авио-моторе, ракетне моторе, гасне турбине и хемијску опрему. Може да издржи сложен стрес под условима оксидације и гасне корозије од 600 ~ 1100 степени и може поуздано да ради дуго времена.
Тренутно, међу деформационим суперлегурама, највише се користе суперлегуре на бази гвожђа и суперлегуре на бази никла. Легуре на бази гвожђа се више користе као турбински дискови, дискови компресора, коморе за сагоревање и лопатице лежајних прстенова, а карактеристике њиховог састава су углавном гвожђе, које садржи велику количину никла, хрома и других елемената. Према својим карактеристикама јачања, може се поделити на тип очвршћавања слабог узраста, тип отврдњавања у чврстом раствору, тип очвршћавања карбидног узраста и тип очвршћавања са интерметалним једињењем.
Легуре на бази никла се више користе у производњи лопатица турбина, комора за сагоревање, турбинских дискова, дискова компресора и лопатица компресора, чији састав карактерише база никла, која садржи ω (Цр) од 10% до 20%, формирајући на бази никла. аустенитну матрицу. Поред тога, неке легуре такође садрже 10% до 20% ω (Цо), формирајући никл-хром-кобалт аустенитну матрицу. Према врсти јачања, може се поделити на тип јачања чврстог раствора и тип јачања старења.
Особине суперлегуре углавном зависе од састава и микроструктуре легуре. Тип, структура, облик, величина, количина и дистрибуција исталожене фазе су посебно важни у микроструктури. Уобичајени преципитати у легурама на бази гвожђа и никла су интерметална једињења, карбиди и бориди. Сва ова једињења се могу регулисати и контролисати топлотном обрадом, а њихова морфологија и дистрибуција се такође могу мењати деформацијом.
Термичка обрада деформисаних суперлегура се углавном састоји од третмана чврстим раствором, међутретмана (такође познатог као секундарни третман чврстим раствором) и третмана старењем. Сврха третмана раствора је добијање једноликог презасићеног чврстог раствора и контрола одговарајуће величине зрна. Сврха интермедијарне термичке обраде је да се промени стање карбида и добију две различите 'фазе различитих величина. Сврха третмана старењем је да се ојачана фаза потпуно и равномерно исталожи, да се постигне ефекат таложног очвршћавања, избор температуре, времена и фреквенције, да се добије број ојачане фазе, облик и расподела је одговарајући као критеријум. Срж процеса вруће деформације деформисаних суперлегура је пластичност процеса и критична деформација крупних кристала.
1.Карактеристике деформације суперлегуре
1) Ниска пластичност, суперлегура због високог степена легирања, има хетерогену структуру и сложен фазни састав, стога је пластичност процеса ниска. Нарочито при високим температурама, када су садржани елементи нечистоће као што су С, Пб, Сн, сила везивања између зрна често је ослабљена и пластичност је смањена. Суперлегуре генерално користе укупан садржај ојачавајућих елемената алуминијума и титанијума за одређивање нивоа пластичности, када је укупан садржај већи или једнак 6%, пластичност ће бити веома ниска. Процесна дуктилност суперлегура на бази никла је нижа него код суперлегура на бази гвожђа. Процесна пластичност суперлегура је веома осетљива на брзину деформације и напонско стање. Неки инготи од легуре и средње гредице треба да се формирају деформацијом при малој брзини и нарушавањем, ваљањем, па чак и екструзијом.
2) Велика отпорност на деформацију, због сложеног састава суперлегуре, високе температуре рекристализације, мале брзине, има високу отпорност на деформацију и тенденцију каљења на температури деформације, отпорност на деформацију је генерално 4 до 7 пута већа од обичног конструкцијског челика.
3) Опсег температуре ковања је уски, тачка топљења суперлегуре је ниска у поређењу са челиком, а температура грејања је превисока да би изазвала прегревање и прегоревање. Ако је температура заустављања ковања прениска, пластичност је ниска, отпорност на деформацију је велика, а хладна и врућа мешана деформација је лако изазвати ковање да произведе неуједначене грубе кристале. Због тога је температурни опсег ковања суперлегура веома узак, углавном само око 200 степени Ц. Температурни опсег ковања легура отпорних на топлоту на бази никла је ужи, већина њих је 100 ~ 150 степени Ц, а неки су чак и мањи од 100 степени Ц.
4) Топлотна проводљивост је лоша, а топлотна проводљивост суперлегуре на ниској температури је много нижа од оне од угљеничног челика, тако да је генерално потребно успорити предгревање у опсегу од 700 ~ 800 степени Ц, иначе ће изазвати велику температуру напрезања, тако да је метал за загревање у кртком стању.
2.Процесна пластичност суперлегуре
1) Због додавања великог броја легирајућих елемената, отпорност на топлоту суперлегуре је побољшана, али је пластичност процеса знатно смањена. Високо легирање резултира озбиљном сегрегацијом и грубим стубастим кристалима. На слабој карици границе примарног зрна дендрита лако се јављају пукотине дуж границе зрна. Због сегрегације дендрита, садржај легирајућих елемената у првом кристализованом делу је низак, а садржај легирајућих елемената у делу ивице дендрита је висок, па су карбиди и интерметална једињења концентрисани у делу ивице дендрита, што смањује ковљивост. легуре.
2) Високо легирање чини пластичност шипке од суперлегуре много нижом од пластичности обичног легираног челика. Пошто је велики број легирајућих елемената обогаћен у области границе зрна, гранична чврстоћа зрна је нижа од чврстоће унутар зрна на високој температури, а многе од ојачаних честица фазе нису све растворене у чврстом раствору унутар температуре деформације. опсега, као што су карбид и борид итд., тако да поред , постоје и ојачане фазе укључене у деформацију, односно деформација се не врши у једнофазно стање. Стога је процесна пластичност шипке за котрљање од суперлегуре такође релативно ниска. Стога, у формулацији поступака процеса ковања суперлегуре, прво се мора измерити процесна пластичност легуре.
3.Одређивање температуре деформације суперлегуре
1) Принцип одређивања температуре деформације суперлегуре, због сложености степена легирања суперлегуре, почетна температура топљења легуре се смањује, а температура растварања фазе рекристализације и јачања се повећава, што доводи до ужања температуре деформације и ужи. Дакле, при одређивању температуре деформације, поред обезбеђивања пластичности процеса и испуњавања формације, она мора задовољити и потребу за добијањем добре организације и својстава. Да би се ћелијска дислокациона мрежа задржала у микроструктури отковака суперлегуре и добила фина и уједначена зрна и добра својства, температура деформације ковања треба да буде нижа од температуре раста зрна, а коначна температура ковања треба да буде близу (нешто виша) температура растварања честица друге фазе у чврсти раствор и температура рекристализације.
Откривање мистерије ковања суперлегура: стварање суперхеројског материјала индустрије
2) Спецификација грејања суперлегуре, грејање суперлегуре је подељено на предгревање и загревање у две фазе. Да би се скратило време држања суперлегуре на температури загревања ковања, избегавајте прекомерно грубо зрно и трошење легирајућих елемената; Истовремено, да би се смањио термички стрес узрокован лошом топлотном проводљивошћу и високим коефицијентом топлотног ширења суперлегуре, бланко треба претходно загрејати пре ковања. Температура предгревања је 750 ~ 8{{5}0 степени, а време задржавања се израчунава као 0.6 ~ 0.8мин/мм. Температура грејања је углавном 1100 ~ 1180 степени Ц, а време задржавања је 0,4 ~ 0,8 мин/мм. Опрема за грејање може да користи отпорну пећ, опремљену термометром и уређајем за аутоматско подешавање температуре за прецизну контролу. Када се изабере пламена пећ, садржај сумпора у гориву треба строго контролисати: садржај сумпора у дизелу или тешком уљу треба да буде мањи од 0,5%; Садржај сумпора у гасу треба да буде мањи од 0,7 г/м3. Прекомерни садржај сумпора у гориву ће формирати Ни-Ни3С3 еутектик са ниском тачком топљења (≈650 степени) када продре у површину гредице, чинећи легуру врућом ломљивом. Неопходно је предузимати мање и без оксидационих мера загревања како би се избегло исцрпљивање хрома, алуминијума, титанијума и других елемената на површини бланка, и смањила заморна чврстоћа и високотемпературна трајна чврстоћа легуре. Локално индукционо грејање се може користити у претходном ковању бланка. Пре загревања, бланко треба очистити да би се уклонила прљавштина и избегли површински недостаци услед корозије. Код ковања са више ватре, температуру загревања ковања треба смањити са продужењем интервала између две ватре како би се избегао раст зрна које је дошло до статичке рекристализације, у исто време, температура поновног загревања такође треба да буде нижа са ближим на готов производ ковања, мања је деформација.
4.Одређивање степена деформације суперлегуре
1) Принцип одређивања степена деформације суперлегура
Због високог степена легирања, опсег температуре деформације суперлегуре је узак и нема много маргине подешавања. Поред тога, суперлегура нема прелаз изомеризације, а величина зрна легуре се углавном контролише деформацијом ковања. Стога, након што се одреди температура деформације, избор степена деформације је веома важан. На одређеној температури ковања, деформација сваког реда загревања треба да буде већа од критичног степена деформације и мања од одговарајућег степена деформације другог региона раста зрна. Под претпоставком испуњавања захтева пластичности процеса и уређења процеса (претковњавање), свака деформација треба да буде дубока и уједначена, и покушај да се избегне неуједначена деформација, у супротном ће произвести тракасте грубе кристале и локалне грубе кристале. Груби кристали суперлегура имају одређену генетску тврдоглавост и тешко је променити грубе кристале произведене једном неуједначеном деформацијом када степен деформације није довољно велики у непосредној деформацији. Да би се постигла задовољавајућа микроструктура и својства, нижа температура загревања, већи степен деформације, фаза таложења треба користити за контролу микроструктуре, побољшање величине зрна и граничног стања зрна током финалне деформације ковања.
Поред величине зрна, гранично стање зрна је такође важан фактор микроструктуре. Са становишта јачања и пооштравања граничних зрна, контрола граничне организације зрна има следеће законитости:
(1) Недостатак фазе падавина на граници зрна лако може постати канал пукотине.
(2) Груба фаза и карбид су равномерно распоређени на границама зрна, што ће ојачати и ојачати границе зрна легуре.
(3) У зони осиромашене границе зрна постоје делови за релаксацију напона, који могу смањити отпор на смицање и проширити област концентрације деформације. Стога, када је гранична чврстоћа зрна превисока, осиромашена зона игра корисну улогу.
(4) Формирање континуираних карбидних фаза танког филма на граници зрна чини зарез легуре осетљивим.
(5) Формирање ћелијских карбида на границама зрна има негативан утицај на чврстоћу и пооштравање граница зрна легуре.
Због тога, поред разумног система топлотне обраде, у процесу ковања, кроз разумну дистрибуцију деформације, посебно за повећање степена коначне деформације ковања последње ватре, побољшати гранично стање зрна, поклапање чврстоће зрна и границе зрна. , за добијање добрих организационих својстава, несумњиво је веома важно.
2)Генерално деформисане суперлегуре су осетљивије на критичну деформацију, а степен критичне деформације обично варира у широком опсегу ({{0}}.5% ~ 20%), специфична вредност варира у зависности од легуре, а критични степен деформације иста легура је различита на различитим температурама загревања. На пример, укупан степен критичне деформације легуре ГХ4049 је 0,1% ~ 7%. Укупни критични степен деформације легуре ГХ4220 је 0,6%-4,7% на 1150 степени и 0,1%-3% на 1180 степени, али критични степен деформације на различитим температурама ковања, степен деформације на максимално зрно и максимални пречник критичне деформације нису исти. Пречник грубог кристала критичне деформације је неколико редова величине већи од пречника нормалног зрна, при чему је највећи 10 мм, а најмањи 1 мм.
5.Утицај параметара процеса ковања на микроструктуру и својства суперлегура
Одговарајући избор ковања и накнадних параметара процеса термичке обраде директно утиче на механичка својства отковака. Резултати испитивања различитих легура су наведени у наставку за референцу при избору параметара обраде грејања.
1) Утицај температуре загревања на микроструктуру и својства легуре ГХ2036
Дозвољена температура загревања турбинског диска од легуре ГХ2036 пре ковања је 1190 степени. Ако се легура загрева на 1220 степени током 2х, затезни и ударни узорци се мењају од трансгрануларног лома до интергрануларног лома, односно легура се прегрева. Ако се легура загрева 2 х на 1250 степени и 1280 степени, граница зрна легуре производи локално почетно топљење, односно, легура је прегорена. Интергрануларни лом се јавља и на затезним и на ударним узорцима, а укупна својства легуре се смањују. Утицај високотемпературног загревања на својства легуре ГХ2036, ударна, затезна и издржљива својства легуре се погоршавају са повећањем температуре загревања.
2) Утицај коначне температуре деформације на својства легуре ГХ4169
Када је коначни степен деформације 25%, осјетљивост на зарезе се може елиминисати контролисањем коначне температуре деформације на 900 ~ 955 степени, а повећање коначне температуре деформације ће учинити да зрно легуре постане неуједначено и смањити његову пластичност, што резултира у осетљивости зареза. 3) Утицај величине зрна на перформансе
3) Утицај величине зрна на својства
Крупније зрно може повећати трајну чврстоћу и снагу пузања, док ситније зрно може повећати границу течења и чврстоћу на замор. Уједначена величина зрна је корисна за својства легуре. Век лома крупних кристала је краћи од финих кристала. Свеобухватни ефекат величине зрна на својства легуре ГХ4169 показује да се граница течења и чврстоћа замора легуре ГХ4169 очигледно побољшавају рафинирањем зрна, али се снага замора на температурама изнад 600 степени смањује. Утицај на трајну чврстоћу легуре зависи од облика лома (трансгрануларни или интергрануларни лом), односно сродна је температура легуре.
4) Утицај параметара термичког процеса на динамичку рекристализацију
Када је степен деформације већи од 30%, када се легура ГХ4169 кује на чекићу или хидрауличној преси, почетна температура динамичке рекристализације је отприлике између 930 ~ 960 степени, а када је изотермно ковање, отприлике 930 ~ 940 степени.
Динамичка рекристализација легуре ГХ4169 је олакшана повећањем температуре ковања, повећањем степена деформације, усвајањем веће или ниже брзине деформације и применом вишеструке деформације.
