鎳基粉末冶金高溫合金

簡介

高溫合金材料的發展趨勢是合金化(見高溫合金強化)程度愈來愈高，造成鑄錠成分偏析嚴重，熱加工性能很差，成形十分困難。傳統的變形高溫合金和鑄造高溫合金都已難以滿足使用要求，因此開發了鎳基粉末冶金高溫合金。

由於粉末顆粒細小(＜100μm)、凝固速度快、消除了巨觀偏析、合金成分均勻、改善了熱加工性能，還允許提高合金化程度，因此鎳基粉末冶金高溫合金具有高溫屈服強度高和疲勞性好等優點，可用於製造先進的高推重比飛機發動機的壓氣機盤、渦輪盤、渦輪軸和渦輪擋板等高溫部件。

在鎳基粉末冶金高溫合金領域中，美國和俄羅斯處於領先地位。美國在20世紀60年代初開始研製鎳基粉末冶金高溫合金，開發出了IN100、Rene’95、．Rene’88DT、U720和MERL76等牌號的合金，用於10多種先進航空發動機上。

俄羅斯輕金屬研究院於70年代中期研製成功鎳基粉末冶金高溫合金εⅡ741HⅡ渦輪盤，全年生產能力達6萬件，大量用於米格29、米格31等飛機上。

80年代又研製出εⅡ962Ⅱ和εⅡ975Ⅱ兩個牌號，但還沒有實用，尚處於試驗階段。中國於70年代末開始研製鎳基粉末冶金高溫合金。

(1)制粉。主要採用惰性氣體霧化法、旋轉電極法和溶入氣體霧化法等制粉方法，見示意圖。

(2)粉末處理。粉末在氬氣氛保護下進行篩分、混料和去除雜質，在真空下加熱去除吸附氣體。

(3)裝套和封焊。在真空下將粉末裝入鋼套或玻璃、陶瓷包套636中，然後將包套封焊。

(4)熱壓成形和熱加工。主要採用熱擠壓或熱等靜壓等方法獲得密實的坯料，然後再進行等溫鍛造或熱模鍛；也可直接熱等靜壓成渦輪盤和異形件。

(6)熱處理和切削加工。

粉末高溫合金材料的主要缺陷類型有熱誘導孔洞，原顆粒邊界，氧化物陶瓷夾雜和異金屬夾雜等。熱誘導孔洞缺陷是由合金中殘留氬氣引起的，可以採取去除空心粉、加強熱動態除氣工藝、對包套進行嚴格的檢漏等措施加以消除。原顆粒邊界缺陷是由粉末表面的氧化物和碳化物析出引起的，可以採取以下措施加以消除：

(1)保護粉末避免氧化和污染；

(2)粉末進行預熱處理，使碳化物優先在樹枝間或晶界析出，從而減少粉末表面的碳化物析出；

(3)調整合金成分，適當降低碳含量和加入鈮、鉿等強碳化物形成元素；

(4)採取熱擠壓和等溫鍛造工藝。合金的剪下變形可以破碎粉末顆粒表面的碳氧化合物薄膜。為了減少氧化物夾雜，可在冶煉和氬氣霧化裝置的中間漏斗中採用陶瓷過濾器和加強靜電法及電磁法去除夾雜物的粉末處理工藝。

為了進一步提高鎳基粉末冶金高溫合金的性能，可採用的新技術有：(1)快速凝固制粉工藝。粉末冷卻速度大於l06℃/s，使合金的成分和組織更加均勻。(2)雙性能盤工藝。