固溶強化型鐵基、鎳基、鈷基合金的鍛造工藝性能

2021-01-18 鍛壓培訓


我國鍛件常用的高溫合金主要是複合（固溶和沉澱）強化的鎳基和鐵基合金，這些合金的塑性低、變形抗力高，屬於難變形合金。生產這類合金的鍛件，首先要了解合金的鍛造工藝性能，才能合理地制定鍛造工藝和選擇設備。由於我國的鈷礦短缺，鈷基合金在我國應用較少，其鍛件則更少。固溶強化型高溫合金主要以板材和型材的形式用於抗高溫氧化的非承力件或次承力件；雖也有少量用於鍛件，基本上是屬於不十分重要的次承力構件。這類合金的可鍛性比複合（固溶和沉澱）強化型合金要好，但比碳鋼和合金結構鋼差得多。限於篇幅，本書主要討論複合（固溶和沉澱）強化鎳基和鐵基合金的鍛造工藝性能，也對少數幾個常用固溶強化型的鐵基和鎳基合金以及個別鈷基合金的鍛造工藝性能進行討論。

 

為便於討論高溫合金的可鍛性，按照合金的可鍛性和使用溫度將固溶強化型合金和複合強化型合金的鍛造工藝性能統一分成四組：第一組為固溶強化型鐵基、鎳基和鈷基合金；第二組為在600℃～700℃使用的複合強化型合金；第三組為在750℃～870℃使用的複合強化型合金；第四組為在870℃～980℃使用的複合強化型合金。

 

第一組合金是以固溶強化為主的鐵基、鎳基和鈷基變形高溫合金，其中鍛件常用合金主要包括：GH1015、GH1016、GH1035、GH1035A、GH1140等鐵基合金和GH3030、GH3039、GH3044、GH3128、GH3536、GH3625等鎳基合金以及GH5188和GH605等鈷基合金。該組合金主要用於高溫抗氧化的非承力和次承力的鈑金件，也用於製造環形鍛件及其他鍛件。該組合金雖然屬於難變形合金，但塑性比複雜合金化高溫合金高，鑄錠開坯和模鍛均可以在各種常用鍛壓設備上進行。現從該組鐵基、鎳基和鈷基合金中分別選取2種典型合金，按照各自的工藝塑性圖、變形抗力和再結晶圖對鍛造工藝性能作定量描述。

 

一、第一組中的鐵基高溫合金鍛造工藝性能實例

 

1.GH1140合金的鍛造工藝性能

 

GH1140合金是以固溶強化為主的鐵基變形高溫合金，Al和Ti的含量很低（Al＋Ti平均為1.35）。該合金落錘鐓粗的最大塑性圖、工藝塑性圖和再結晶圖分別示於圖2-2-1～圖2-2-3。由圖2-2-1和圖2-2-2可以看出，GH1140合金塑性較好，最佳變形溫度在1000℃～1150℃範圍內，可以在各種鍛造設備上變形。為避免粗晶區，每火次的變形程度應控制在20%以上（見圖2-2-3）。

 

2.GH1035A合金的鍛造工藝性能

 

GH1035A是以固溶強化為主的鐵基變形高溫合金，Al和Ti的含量很低（Al＋Ti平均為1.5）。該合金落錘鐓粗的最大塑性圖、加工再結晶圖和熱處理再結晶圖分別示於圖2-2-4～圖2-2-6。由圖2-2-4可以看出，其塑性很好，變形溫度範圍寬，可以在各種鍛壓設備上變形；為避免粗晶區，每火次的變形程度應控制在30%以上（見圖2-2-6）

 

 

二、第二組中的鎳基高溫合金鍛造工藝性能實例

 

1.GH3030合金的鍛造工藝性能

 

固溶強化型鎳基變形高溫合金GH3030的再結晶圖和應力—應變曲線分別示於圖2-2-7和圖2-2-8。由圖2-2-7可以看出，為避開臨界變形區，終變形溫度應控制在900℃～1000℃範圍內，每火次的變形程度應控制在30%以上。由圖2-2-8應力應變曲線可以看出，該合金在900℃錘鍛的變形程度25%時的變形抗力超過400MPa，遠高於合金結構鋼。

 

 

2.GH3536合金的鍛造工藝性能

 

GH3536為含鐵較高（17%～20%）的以固溶強化為主的鎳基變形高溫合金，Al和Ti含量很低（Al＋Ti平均為0.3）。圖2-2-9和圖2-2-10所示分別為GH3536合金高溫拉伸性能圖和再結晶圖。由圖2-2-9可以看出，GH3536合金的塑性很好，鍛造溫度範圍為950℃～1170℃。為避免粗晶區，每火次的變形程度應控制在30%以上（見圖2-2-10）。

 

 

三、第一組中的鈷基高溫合金GH5188的鍛造工藝性能

 

GH5188是以鉻、鎳、鎢固溶強化和微量鑭強化晶界的鈷基變形高溫合金，不含鋁和鈦。其高溫扭轉性能和高溫拉伸性能分別示於圖2-2-11和圖2-2-12。由此二圖可以看出，該合金在950℃～1200℃範圍內塑性較好，但根據工廠經驗，採用的鍛造溫度範圍為1180℃～980℃。

 

 

四、第一組高溫合金鍛造工藝性能

 

表2-2-1總結了第一組（固溶強化為主的鍛件和鈑金件常用）高溫合金與鍛造有關的特點以及上節中本組典型合金的鍛造工藝性能。

 


本文節選自中國鍛壓協會「鍛件生產技術叢書」《特種合金及其鍛造》。本書以特種合金特性及其工藝性能為切入點，論述了鍛造工藝性能與制定鍛造工藝參數和選擇設備的關係及其對鍛件質量的影響。每章還分別介紹了軍、民用典型鍛件的鍛造實例。


「鍛件生產技術叢書」共分十冊，包括《金屬鍛造原理》《鍛造工藝模擬》《自由鍛造》《末端工藝及其設備使用特性》《冷鍛與溫鍛》《特種鍛造》《特種合金及其鍛造》《汽車典型鍛件生產》《鍛造模具與潤滑》和《鍛造加熱與熱處理及節能環保》。


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