Razotkrivanje misterije kovanja od superlegure: stvaranje superherojskog materijala industrije
Superlegura, poznata i kao legura otporna na toplotu ili super legura, je esencijalni metalni materijal za moderne avionske motore, raketne motore, gasne turbine i hemijsku opremu. Može izdržati složena naprezanja u uslovima oksidacije i gasne korozije od 600 ~ 1100 stepeni i može pouzdano raditi dugo vremena.
Trenutno, među deformacijskim superlegurama, najviše se koriste superlegure na bazi željeza i superlegure na bazi nikla. Legure na bazi gvožđa se više koriste kao turbinski diskovi, diskovi kompresora, komore za sagorevanje i lopatice ležajnih prstenova, a karakteristike njihovog sastava su uglavnom gvožđe, koje sadrži veliku količinu nikla, hroma i drugih elemenata. Prema karakteristikama ojačanja, može se podijeliti na tip očvršćavanja u slaboj dobi, tip očvršćavanja u čvrstom rastvoru, tip otvrdnjavanja sa karbidnim starenjem i tip očvršćavanja sa intermetalnim jedinjenjem.
Legure na bazi nikla se više koriste u proizvodnji lopatica turbina, komora za sagorevanje, turbinskih diskova, diskova kompresora i lopatica kompresora, čiji sastav karakteriše baza nikla, koja sadrži ω (Cr) od 10% do 20%, formirajući na bazi nikla austenitnu matricu. Osim toga, neke legure također sadrže 10% do 20% ω (Co), formirajući nikl-hrom-kobalt austenitnu matricu. Prema vrsti ojačanja, može se podijeliti na tip ojačanja čvrstim rastvorom i tip ojačanja starenjem.
Svojstva superlegure uglavnom zavise od sastava i mikrostrukture legure. Vrsta, struktura, oblik, veličina, količina i distribucija istaložene faze posebno su važni u mikrostrukturi. Uobičajeni precipitati u legurama na bazi željeza i nikla su intermetalna jedinjenja, karbidi i boridi. Sva ova jedinjenja mogu se regulisati i kontrolisati termičkom obradom, a njihova morfologija i distribucija se takođe mogu menjati deformacijom.
Toplinska obrada deformiranih superlegura uglavnom se sastoji od obrade čvrstim rastvorom, međutretmana (takođe poznatog kao sekundarna obrada čvrstim rastvorom) i tretmana starenjem. Svrha tretmana rastvorom je da se dobije jednoličan prezasićeni čvrsti rastvor i da se kontroliše odgovarajuća veličina zrna. Svrha međutermalne obrade je da se promijeni stanje karbida i dobiju dvije različite 'faze različitih veličina. Svrha tretmana starenjem je da se ojačana faza potpuno i ravnomjerno istaloži, da se postigne efekat taložnog stvrdnjavanja, izbor temperature, vremena i frekvencije, da se dobije broj ojačane faze, oblik i raspodjela je odgovarajući kao kriterij. Srž procesa vruće deformacije deformiranih superlegura je procesna plastičnost i kritična deformacija grubih kristala.
1.Karakteristike deformacije superlegura
1) Niska plastičnost, superlegura zbog visokog stepena legiranja, ima heterogenu strukturu i složen fazni sastav, stoga je plastičnost procesa niska. Naročito pri visokim temperaturama, kada su sadržani elementi nečistoće kao što su S, Pb, Sn, sila vezivanja između zrna često je oslabljena i plastičnost je smanjena. Superlegure generalno koriste ukupan sadržaj elemenata za ojačavanje aluminijuma i titana za određivanje nivoa plastičnosti, kada je ukupan sadržaj veći ili jednak 6%, plastičnost će biti veoma niska. Procesna duktilnost superlegura na bazi nikla je niža nego kod superlegura na bazi željeza. Procesna plastičnost superlegura je vrlo osjetljiva na brzinu deformacije i naponsko stanje. Neki ingoti od legure i srednje gredice moraju se formirati deformacijom pri maloj brzini i narušavanjem, valjanjem, pa čak i ekstruzijom.
2) Velika otpornost na deformaciju, zbog složenog sastava superlegure, visoke temperature rekristalizacije, male brzine, ima visoku otpornost na deformaciju i sklonost ka stvrdnjavanju na temperaturi deformacije, otpornost na deformaciju je općenito 4 do 7 puta veća od običnog konstrukcijskog čelika.
3) Opseg temperature kovanja je uski, tačka topljenja superlegure je niska u poređenju sa čelikom, a temperatura grejanja je previsoka da bi izazvala pregrijavanje i pregorevanje. Ako je temperatura zaustavljanja kovanja preniska, plastičnost je niska, otpornost na deformaciju je velika, a hladna i vruća miješana deformacija lako može uzrokovati da kovanje proizvodi neravne grube kristale. Zbog toga je temperaturni opseg kovanja superlegura vrlo uzak, uglavnom samo oko 200 stepeni C. Temperaturni opseg kovanja legura otpornih na toplotu na bazi nikla je uži, većina njih je 100 ~ 150 stepeni C, a neki čak i manji od 100 stepeni C.
4) Toplotna provodljivost je loša, a toplotna provodljivost superlegure na niskim temperaturama je mnogo niža od one od ugljičnog čelika, tako da je općenito potrebno usporiti predgrijavanje u rasponu od 700 ~ 800 stepeni C, inače će uzrokovati veliku temperaturu naprezanja, tako da je grijaći metal u krtkom stanju.
2.Procesna plastičnost superlegure
1) Zbog dodavanja velikog broja legirajućih elemenata, toplinska otpornost superlegure je poboljšana, ali je plastičnost procesa znatno smanjena. Visoko legiranje rezultira ozbiljnom segregacijom i grubim stupčastim kristalima. Na slaboj karici primarne granice zrna dendrita lako se javljaju pukotine duž granice zrna. Zbog segregacije dendrita, sadržaj legirajućih elemenata u prvom kristaliziranom dijelu je nizak, a sadržaj legirajućih elemenata u dijelu ivice dendrita je visok, pa su karbidi i intermetalna jedinjenja koncentrirani u dijelu ivice dendrita, što smanjuje kovljivost. legure.
2) Visoko legiranje čini plastičnost šipke od superlegure mnogo nižom od plastičnosti običnog legiranog čelika. Budući da je veliki broj legirajućih elemenata obogaćen u području granice zrna, granična čvrstoća zrna je niža od čvrstoće unutar zrna na visokoj temperaturi, a mnoge od ojačanih čestica faze nisu sve otopljene u čvrstom otopinu unutar temperature deformacije. opsega, kao što su karbidni i boridni itd., tako da pored , postoje i ojačane faze koje učestvuju u deformaciji, odnosno deformacija se ne vrši u jednofazno stanje. Stoga je procesna plastičnost šipke za kotrljanje od superlegure također relativno niska. Stoga, u formulaciji postupaka procesa kovanja superlegure, prvo se mora izmjeriti procesna plastičnost legure.
3.Određivanje temperature deformacije superlegure
1) Princip određivanja temperature deformacije superlegure, zbog složenosti stepena legiranja superlegure, početna temperatura topljenja legure se smanjuje, a temperatura rastvaranja faze rekristalizacije i jačanja se povećava, što rezultira uživanjem temperature deformacije i uži. Dakle, pri određivanju temperature deformacije, osim što mora osigurati plastičnost procesa i zadovoljiti formu, ona mora zadovoljiti i potrebu za postizanjem dobre organizacije i svojstava. Da bi se ćelijska dislokaciona mreža zadržala u mikrostrukturi otkovaka superlegure i dobila fina i ujednačena zrna i dobra svojstva, temperatura deformacije kovanja treba da bude niža od temperature rasta zrna, a konačna temperatura kovanja treba da bude blizu (nešto viša) temperatura rastvaranja čestica druge faze u čvrsti rastvor i temperatura rekristalizacije.
Razotkrivanje misterije kovanja od superlegure: stvaranje superherojskog materijala industrije
2) Specifikacija grijanja superlegure, zagrijavanje superlegure podijeljeno je na predgrijavanje i grijanje u dva stupnja. Kako bi se skratilo vrijeme držanja superlegure na temperaturi zagrijavanja kovanja, izbjegavajte prekomjerno grubo zrno i trošenje legirajućih elemenata; Istovremeno, kako bi se smanjio toplinski napon uzrokovan lošom toplinskom provodljivošću i visokim koeficijentom toplinskog širenja superlegure, zatvor treba prethodno zagrijati prije kovanja. Temperatura predgrijavanja je 750 ~ 800 stepeni, a vrijeme zadržavanja se izračunava kao 0.6 ~ 0.8min/mm. Temperatura grijanja je općenito 1100 ~ 1180 stepeni C, a vrijeme zadržavanja je 0,4 ~ 0,8 min/mm. Oprema za grijanje može koristiti otpornu peć, opremljenu termometrom i uređajem za automatsko podešavanje temperature za preciznu kontrolu. Kada se odabere plamena peć, sadržaj sumpora u gorivu treba strogo kontrolisati: sadržaj sumpora u dizelu ili teškom ulju treba da bude manji od 0,5%; Sadržaj sumpora u gasu treba da bude manji od 0,7 g/m3. Prekomjerni sadržaj sumpora u gorivu će formirati Ni-Ni3S3 eutektik sa niskom tačkom topljenja (≈650 stepeni) kada prodre u površinu gredice, čineći leguru vrućom lomljivom. Potrebno je poduzeti manje i nikakve mjere oksidacijskog zagrijavanja kako bi se izbjeglo trošenje hroma, aluminijuma, titana i drugih elemenata na površini blanka, te smanjila čvrstoća na zamor i visokotemperaturna izdržljivost legure. Lokalno indukcijsko grijanje se može koristiti u prethodnom kovanju zalogaja. Prije zagrijavanja, blanko je potrebno očistiti kako bi se uklonila prljavština i izbjegla površinska oštećenja zbog korozije. Kod kovanja sa više požara, temperaturu zagrevanja kovanja treba smanjiti sa produžavanjem intervala između dve vatre kako bi se izbegao rast zrna koje je došlo do statičke rekristalizacije, u isto vreme, temperatura ponovnog zagrevanja treba da bude niža sa bližim na gotov proizvod kovanja, manja je deformacija.
4.Određivanje stepena deformacije superlegure
1) Princip određivanja stepena deformacije superlegura
Zbog visokog stupnja legiranja, temperaturni raspon deformacije superlegure je uzak i nema velike margine podešavanja. Osim toga, superlegura nema prijelaz izomerizacije, a veličina zrna legure je uglavnom kontrolirana deformacijom kovanja. Stoga, nakon što se odredi temperatura deformacije, izbor stepena deformacije je veoma važan. Na određenoj temperaturi kovanja, deformacija svakog reda zagrevanja treba da bude veća od kritičnog stepena deformacije i manja od odgovarajućeg stepena deformacije drugog područja rasta zrna. Pod pretpostavkom ispunjavanja zahtjeva plastičnosti procesa i uređenja procesa (pred kovanje), svaka deformacija treba biti duboka i ujednačena, te pokušati izbjeći neujednačenu deformaciju, inače će proizvesti trakaste grube kristale i lokalne grube kristale. Grubi kristali superlegura imaju određenu genetsku tvrdoglavost i teško je promijeniti grube kristale nastale jednom neujednačenom deformacijom kada stupanj deformacije nije dovoljno velik u neposrednoj deformaciji. Da bi se postigla zadovoljavajuća mikrostruktura i svojstva, niža temperatura zagrijavanja, veći stepen deformacije, treba koristiti fazu taloženja za kontrolu mikrostrukture, poboljšanje veličine zrna i graničnog stanja zrna tokom završne deformacije kovanja.
Osim veličine zrna, granično stanje zrna je također važan faktor mikrostrukture. Sa stanovišta jačanja i pooštravanja granica zrna, kontrola granične organizacije zrna ima sledeće zakonitosti:
(1) Nedostatak faze padavina na granici zrna lako može postati kanal pukotine.
(2) Gruba faza i karbid su jednoliko raspoređeni na granicama zrna, što će ojačati i ojačati granice zrna legure.
(3) Postoje dijelovi za relaksaciju naprezanja u zoni osiromašene granice zrna, što može smanjiti otpor na smicanje i proširiti područje koncentracije deformacija. Stoga, kada je granična čvrstoća zrna previsoka, osiromašena zona igra korisnu ulogu.
(4) Formiranje kontinuiranih karbidnih faza tankog filma na granici zrna čini zarez legure osjetljivim.
(5) Formiranje ćelijskih karbida na granicama zrna ima negativan uticaj na čvrstoću i kaljenje granica zrna legure.
Stoga, pored razumnog sistema termičke obrade, u procesu kovanja, kroz razumnu distribuciju deformacija, posebno za povećanje stepena konačne deformacije kovanja od poslednje vatre, poboljšati granično stanje zrna, poklapanje čvrstoće zrna i granice zrna. , za dobijanje dobrih organizacionih svojstava, nesumnjivo je veoma važno.
2)Generalno deformisane superlegure su osetljivije na kritičnu deformaciju, a stepen kritične deformacije obično varira u širokom rasponu ({{0}}.5% ~ 20%), specifična vrijednost varira u zavisnosti od legure, a kritični stepen deformacije ista legura je različita pri različitim temperaturama grijanja. Na primjer, ukupni stepen kritične deformacije legure GH4049 je 0,1% ~ 7%. Ukupni kritični stepen deformacije legure GH4220 je 0,6%-4.7% na 1150 stepeni i 0,1%-3% na 1180 stepeni, ali kritični stepen deformacije na različitim temperaturama kovanja, stepen deformacije na maksimalno zrno i maksimalni prečnik kritične deformacije nisu isti. Prečnik grubog kristala kritične deformacije je nekoliko redova veličine veći od prečnika normalnog zrna, pri čemu je najveći 10 mm, a najmanji 1 mm.
5.Utjecaj parametara procesa kovanja na mikrostrukturu i svojstva superlegure
Odgovarajući izbor otkovaka i naknadnih parametara procesa termičke obrade direktno utiče na mehanička svojstva otkovaka. Rezultati ispitivanja različitih legura su navedeni u nastavku za referencu pri odabiru parametara obrade grijanja.
1) Utjecaj temperature zagrijavanja na mikrostrukturu i svojstva legure GH2036
Dozvoljena temperatura zagrevanja turbinskog diska od legure GH2036 pre kovanja je 1190 stepeni. Ako se legura zagreva na 1220 stepeni tokom 2h, zatezni i udarni uzorci prelaze iz transgranularnog loma u intergranularni lom, odnosno legura se pregreva. Ako se legura zagreva 2 h na 1250 stepeni i 1280 stepeni, granica zrna legure proizvodi lokalno početno topljenje, odnosno legura pregoreva. Intergranularni lom javlja se i kod vlačnih i kod udarnih uzoraka, a ukupna svojstva legure se smanjuju. Utjecaj visokotemperaturnog zagrijavanja na svojstva legure GH2036, udarna, vlačna i izdržljiva svojstva legure pogoršavaju se povećanjem temperature zagrijavanja.
2) Utjecaj temperature konačne deformacije na svojstva legure GH4169
Kada je konačni stepen deformacije 25%, osjetljivost na zareze može se eliminirati kontroliranjem konačne temperature deformacije na 900 ~ 955 stupnjeva, a povećanje konačne temperature deformacije će učiniti da zrno legure postane neravnomjerno i smanjiti njegovu plastičnost, što rezultira u osetljivosti na zareze. 3) Uticaj veličine zrna na performanse
3) Uticaj veličine zrna na svojstva
Krupnije zrno može povećati trajnu čvrstoću i snagu puzanja, dok sitnije zrno može povećati granicu tečenja i čvrstoću na zamor. Ujednačena veličina zrna je korisna za svojstva legure. Vek loma krupnih kristala je kraći od finih kristala. Sveobuhvatan uticaj veličine zrna na svojstva legure GH4169 pokazuje da se granica popuštanja i čvrstoća zamora legure GH4169 očigledno poboljšavaju rafiniranjem zrna, ali se čvrstoća na zamor na temperaturama iznad 600 stepeni smanjuje. Utjecaj na trajnu čvrstoću legure ovisi o obliku loma (transgranularni ili intergranularni lom), odnosno s obzirom na temperaturu legure.
4) Utjecaj parametara termičkog procesa na dinamičku rekristalizaciju
Kada je stepen deformacije veći od 30%, kada se legura GH4169 kuje na čekiću ili hidrauličnoj presi, početna temperatura dinamičke rekristalizacije je otprilike između 930 ~ 960 stepeni, a kada je izotermno kovanje, otprilike 930 ~ 940 stepeni.
Dinamička rekristalizacija legure GH4169 je olakšana povećanjem temperature kovanja, povećanjem stepena deformacije, usvajanjem veće ili niže brzine deformacije i primenom višestruke deformacije.
