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高温合金又称耐热合金或超合金，它是现代航空发动机、火箭发动机、燃气轮机和化工设备所必不可少的重要金属材料。可在600～1100℃的氧化和燃气腐蚀条件下，承受复杂应力，并且能够长期可靠地工作。我国的高温合金系列，有变形高温合金近50个牌号， 其表示方法主要根据国家标准GB/T 14992—2005 的规定，以汉语拼音字母“GH” 作前缀，后接四位阿拉伯数字， “GH” 后第二、三、四位数字表示合金的编号，第一位表示分类号，即1—表示固溶强化型铁基合金；2—表示时效硬化型铁基合金；3—表示固溶强化型镍基合金；4—表示时效硬化型镍基合金；5—（空）；6—表示钴基合金。 目前，在变形高温合金中，应用最广泛的是铁基高温合金和镍基高温合金。 铁基合金较多的用作涡轮盘、压气机盘、承力环燃烧室和叶片，其成分特点以铁为主，含有大量的镍、铬和其他元素。按其强化特点又可分为弱时效硬化型、固溶强化型、碳化物时效硬化型和金属间化合物时效硬化型。 镍基合金较多的用于制造涡轮叶片，燃烧室、涡轮盘，压气机盘和压气机叶片，其成分特点是以镍基，含有ω（Cr）为10%～20%，形成镍铬奥氏体基体。 此外，部分合金还含有ω（Co）10%～20%，形成镍铬钴奥氏体基体。根据其强化类型，可分为固溶强化型和时效强化型。图片
高温合金的性能主要取决于合金的成分和组织结构。组织结构中尤为重要的是析出相的类型、结构、形状、大小、数量和分布等。在铁基和镍基合金中常见的析出相有金属间化合物、碳化物和硼化物。所有这些化合物都可以通过热处理进行调节和控制，还可以通过变形改变形貌和分布。 变形高温合金的热处理一般有固溶处理、中间处理（又称二次固溶处理） 和时效处理构成。固溶处理的目的是要获得均匀的过饱和固溶体，控制适宜的晶粒度；中间热处理的目的是改变碳化物的状态和得到大小不同的两种不同的γ′相；时效处理的目的是使强化相充分而均匀地析出，实现沉淀硬化的效果，其温度、时间和次数的选择，要以得到强化相的多少、形貌和分布适宜为准则。 变形高温合金热变形过程中的核心是工艺塑性和临界变形粗晶问题。1高温合金变形的特点
1)塑性低配资乐
高温合金由于合金化程度很高，具有组织的多相性且相成分复杂，因此，工艺塑性较低。特别是在高温下，当含有S、Pb、Sn 等杂质元素时，往往削弱了晶粒间的结合力而引起塑性降低。 高温合金一般用强化元素铝、钛的总含量来判断塑性高低，当总含量≥6% 时，塑性将很低。镍基高温合金的工艺塑性比铁基高温合金低。高温合金的工艺塑性对变形速度和应力状态很敏感。有些合金铸锭和中间坯料需采用低速变形和包套镦粗，包套轧制，甚至包套挤压才能成型。2）变形抗力大 由于高温合金成分复杂，再结晶温度高、速度慢，在变形温度下具有较高的变形抗力和硬化倾向，变形抗力一般为普通结构钢的4～7 倍。3）锻造温度范围窄 高温合金与钢相比，熔点低，加热温度过高容易引起过热、过烧。若停锻温度过低，则塑性低、变形抗力大，且易产生冷热混合变形导致锻件产生不均匀粗晶。因此，高温合金锻造温度范围很窄，一般才200℃左右。而镍基耐热合金的锻造温度范围更窄，多数在100～150℃，有的甚至小于100℃。4）导热性差 高温合金低温的热导率较碳钢低得多，所以，一般在700～800℃ 范围需缓慢预热，否则会引起很大的温度应力，使加热金属处于脆性状态。2高温合金的工艺塑性
高温合金由于添加大量的合金元素，在提高耐热性的同时，却大大地降低了工艺塑性。高合金化使铸锭产生严重的偏析，生成粗大的柱状晶。在初生枝晶晶界薄弱环节处，往往容易沿晶界产生裂纹。因为存在枝晶偏析，先结晶部分合金元素含量低，后结晶的枝晶边缘部分合金元素含量高，故碳化物和金属间化合物集中在枝晶边缘部分，从而降低合金的可锻性。 高合金化使高温合金棒材的塑性较普通合金钢大大下降。因为大量的合金元素富集于晶界区域，导致高温时晶界强度低于晶内强度，同时许多强化相质点在变形温度范围内并未全部溶入固溶体内，如碳化物和硼化物等，使得参与变形的除γ 外 还有强化相，即变形不是在单相状态下进行，因此高温合金轧棒的工艺塑性也比较低。因此，在制定高温合金锻造工艺规程时，首先要测定合金的工艺塑性。3高温合金变形温度的确定
1）确定高温合金变形温度的原则
由于高温合金合金化程度复杂，合金的初熔温度下降，再结晶及强化相溶解温度提高，导致变形温度愈来愈窄。所以，确定变形温度时，除了确保工艺塑性，满足成形外，还必须满足获得良好的组织和性能。为了使高温合金锻件组织中保留胞状位错网络，获得细小均匀的晶粒和良好的性能，锻造变形温度应低于晶粒长大温度，终锻温度应接近（略高于）第二相质点溶入固溶体的温度和再结晶温度。
2）高温合金的加热规范 高温合金加热分预热和加热两个阶段进行。为了缩短高温合金在锻造加热温度下的保温时间，避免晶粒过分粗化和合金元素贫化；同时，为了减少因高温合金导热性差、热膨胀系数大而产生的热应力，锻前毛坯应经预热。预热温度为750～800℃，保温时间以0.6～0.8min/mm 计算；加热温度一般为1100～1180℃，保温时间以0.4～0.8min/ mm 计算。 加热设备可选用电阻炉，配以测温仪表和自动调节控温装置，以便精确控制。当选用火焰炉时，应严格控制燃料中的含硫量：柴油或重油中的含硫量应低于0.5%；煤气中的含硫量应低于0.7g/m3。燃料中的含硫量过多,当其渗入毛坯表面后，会形成Ni-Ni3S3 低熔点（≈650℃）共晶，使合金产生热脆。 高温合金精锻时的加热，必须采取少、无氧化的加热措施，避免毛坯表层产生铬、铝、钛等元素的贫化，降低合金的疲劳强度和高温持久强度。 毛坯预锻时可采用局部感应加热。加热前， 毛坯需经过清理， 去除污垢， 避免因受腐蚀而形成表面缺陷。 在用多火次锻造时，锻造加热温度应随两火之间间隔时间的延长而降低， 避免已发生静态再结晶的晶粒长大，同时，再加热温度也应随着愈接近锻件成品，变形量愈小而愈低。4高温合金变形程度的确定
1）确定高温合金变形程度的原则高温合金由于合金化程度高，导致变形温度范围狭窄，没有多大的调整余度，另外，高温合金没有同素异构转变，合金的晶粒度主要受锻压变形控制。因此，在变形温度确定之后，变形程度的选择就是非常重要的了。在一定的锻造温度下，每一加热火次的变形量应大于临界变形程度并小于第二个晶粒长大区相应的变形程度。在满足工艺塑性和工序安排（预锻）要求的前提下，每一次变形应深透和均匀，尽力避免不均匀变形，否则会产生带状粗晶和局部粗晶。高温合金的粗晶有一定的遗传顽固性，当前一次不均匀变形产生的粗晶，在紧接的变形中变形程度没有达到足够大时，是难以改变的。为了得到满意的组织和性能，在终锻变形时，应取较低的加热温度，较大的变形程度，利用沉淀相来控制组织， 改善晶粒大小和晶界状态。
除了晶粒度外， 晶界状态也是重要的组织因素。从晶界强韧化的观点出发， 晶界组织控制有下列规律： （1）晶界缺少沉淀相， 容易成为裂纹的通道。 （2）晶界上均匀分布有粗大的γ′相与碳化物， 对合金晶界强韧化有益。 （3）晶界贫化区内存在着应力松弛部位，可使切变抗力减小、应变集中的区域扩大，因此，当晶界强度过高时，贫化区起有益的作用。 （4）晶界上形成连续的薄膜状碳化物相会使合金产生缺口敏感。 （5）晶界上有胞状碳化物形成时，对合金晶界强韧化有不利影响。 所以，除了合理的热处理制度外，在锻造过程中，通过合理的分配变形量，特别是加大最后一火次的终锻变形程度，对改善晶界状态，晶粒与晶界强度的匹配，获得良好的组织性能，无疑是非常重要的了。2） 临界变形粗晶的形成和消除 一般变形高温合金对临界变形比较敏感，临界变形程度通常在较大范围内变化（0.5%～20%），其具体数值随合金而异，同一合金不同加热温度其临界变形程度也不同，例如GH4049 合金总的临界变形程度为0.1%～7%，1150℃时为4%～7%，1180℃ 时为0.1%～3%，GH4220合金总的临界变形程度为0.6%～4.7%，但是不同锻造温度的临界变形程度、最大晶粒处的变形程度和最大临界变形粗晶直径都不尽相同。临界变形粗晶直径比正常晶粒要大几个数量级，最大的10mm，最小的1mm。5锻造工艺参数对高温合金组织和性能的影响
锻造和随后热处理工艺参数选择的恰当与否，直接影响锻件的力学性能。下面列举了各种合金的试验结果，以供热加工工艺参数选择时参考。1）加热温度对GH2036 合金组织和性能的影响 GH2036 合金涡轮盘模锻前允许的加热温度为1190℃。若在1220℃加热2h，其拉伸和冲击试样均由穿晶断裂而变为沿晶断裂，即合金发生过热。若在1250℃和1280℃加热2h，合金的晶界产生局部初熔，即合金发生过烧。拉伸试样和冲击试样均产生沿晶断裂，合金的全面性能下降。GH2036 合金高温加热对性能的影响，合金的冲击、拉伸和持久性能随加热温度的升高而恶化。2）终变形温度对GH4169合金性能的影响 当终变形程度为25%时，终变形温度控制在900～955℃可消除缺口敏感性，终变形温度提高，会使合金的晶粒变成不均匀并降低其塑性，导致缺口敏感。3）晶粒度对性能的影响 较粗大的晶粒可提高持久强度和蠕变强度，而较细小的晶粒则可提高屈服强度和疲劳强度。晶粒大小均匀对合金的性能有利。粗晶的断裂寿命比细晶的明显缩短。晶粒度对GH4169 合金性能的综合影响， 细化晶粒会使合金的屈服强度和疲劳强度明显提高，但却降低600℃以上温度的疲劳强度。对合金持久强度的影响则取决于断裂形式（穿晶或沿晶断裂），即与合金的等强温度有关。4）热工艺参数对动态再结晶的影响 在变形程度大于30% 的情况下，GH4169 合金在锤或水压机上锻造时， 动态再结晶开始温度大致在930～960℃之间，等温锻造时，大致在930～ 940℃。 提高锻造温度、增大变形程度，采用较高或较低应变速率以及应用多次变形均有利于GH4169 合金的动态再结晶。 本站仅提供存储服务，所有内容均由用户发布，如发现有害或侵权内容，请点击举报。永华证券提示：文章来自网络，不代表本站观点。
