GH2135合金粉末等離子弧覆層安排及其熱疲憊功能
發(fā)布時(shí)間：2022-05-10 作者：焱狄金屬 次數(shù)：1275次
GH2135合金是Fe-Ni-Cr基沉淀硬化型變形高溫合金，使用溫度在700℃以下。合金加入鋁和鈦等元素形成時(shí)效沉淀強(qiáng)化相，加入鉻、鎢和鉬等元素進(jìn)行固溶強(qiáng)化。合金具有抗低周疲勞性能良好。在700℃以下屈服強(qiáng)度隨溫度升高而增大，熱加工塑性良好等特點(diǎn)。
GH2135高溫合金已用于制作兩種航空發(fā)動機(jī)Ⅰ、Ⅱ級渦輪盤，裝備兩種殲擊機(jī)在外場使用。合金板材制成的我國第一臺3000馬力燃?xì)廨啓C(jī)火焰向，裝在長征1號機(jī)床上，通過300多小時(shí)的運(yùn)行考驗(yàn)。該合金也可制作750℃-850℃工作的熱成形模具，如鍛錘砧子和水壓機(jī)豐子或鑲塊砧、熱沖壓模具等。
與同類用途的鎳基合金比較，GH2135合金可節(jié)省Ni41%和Cr5.5%。合金經(jīng)800℃以上長期時(shí)效后晶內(nèi)有針狀σ相析出，晶界有Laves相析出。
GH2135高溫合金化學(xué)成分
|
元素 |
C |
Cr |
Ni |
W |
Mo |
Al |
Ti |
Fe |
B |
Ce |
S |
P |
Si |
Mn |
|
最小 |
|
14.0 |
33.0 |
1.7 |
1.7 |
2.0 |
2.1 |
Bal |
|
|
|
|
|
|
|
最大 |
0.08 |
16.0 |
36.0 |
2.2 |
2.2 |
2.8 |
2.5 |
0.015 |
0.03 |
0.02 |
0.02 |
0.5 |
0.4
|
熱處理制度
熱軋棒材、鍛制棒材：固溶1080℃保溫8小時(shí)，空冷，時(shí)效處理830℃保溫8小時(shí)，空冷+，時(shí)效處理700℃保溫16小時(shí)，空冷。
鍛件、環(huán)件：固溶1140℃保溫4小時(shí)，空冷，時(shí)效處理830℃保溫8小時(shí)，空冷+，時(shí)效處理650℃保溫16小時(shí)，空冷。
板材：固溶1030℃，空冷，時(shí)效處理750℃保溫16小時(shí)，空冷
密度：7.92
前語H13鋼因具有杰出的熱強(qiáng)性、淬透性和經(jīng)濟(jì)的價(jià)格等特點(diǎn)而被廣泛運(yùn)用于壓鑄模具、熱擠壓模具等熱作模具上。壓鑄模具作業(yè)進(jìn)程中處于急冷急熱狀況,常常導(dǎo)致模具外表呈現(xiàn)熱疲憊破壞而前期失效。
據(jù)報(bào)道,超過60%以上的熱作模具破壞是由熱疲憊裂紋擴(kuò)展引起的,因此應(yīng)盡可能提高模具的抗熱疲憊破壞能力,以提高熱作模具服役壽數(shù)。為提高模具使用壽數(shù),生產(chǎn)中常選用在模具型腔外表熔覆一層功能更好的資料來修復(fù)模具,以延伸模具的服役壽數(shù),下降生產(chǎn)成本。
生產(chǎn)中常用的外表熔覆技術(shù)主要有鎢極氬弧熔覆、等離子弧熔覆和激光熔覆。等離子弧熔覆因?yàn)楣に囘M(jìn)程簡略、生產(chǎn)效率高、成形質(zhì)量好等長處被廣泛選用,其中鈷基和鎳基合金現(xiàn)已成功運(yùn)用于改善資料的熱疲憊功能。
MKhalid Imran和Amit Srivastava發(fā)現(xiàn)選用多元結(jié)構(gòu)覆層能有用提高覆層的功能,延伸覆層的疲憊壽數(shù)。與鈷基、鎳基合金相比,GH2135是我國自行研發(fā)的鐵鎳基高溫合金,具有杰出的高溫力學(xué)功能、低周疲憊功能和屈從強(qiáng)度等特性,價(jià)格適中,使用范圍廣。尤其是在溫度低于750℃時(shí),跟著溫度的升高,屈從強(qiáng)度不降反升,十分適合用于熱作模具。
文中選用等離子弧熔覆辦法,在H13鋼外表熔覆一層GH2135高溫合金,選用自制的熱疲憊實(shí)驗(yàn)機(jī)研討熱循環(huán)后熔覆層的裂紋形狀、數(shù)量和覆層安排及硬度改變,對比分H13,GH2135覆層的熱疲憊功能。
1實(shí)驗(yàn)資料與辦法
1.1實(shí)驗(yàn)資料
選用H13(4Cr5Mo Si V1)熱作模具鋼為基體資料,試板尺度為150 mm×150 mm×15 mm,焊前用砂紙去除外表鐵銹,酒精擦拭。熔覆資料為GH2135高溫合金粉末,粒度180~300目,化學(xué)成分。
1.2試樣制備工藝
選用F8-1型等離子弧焊機(jī)在H13鋼基體上進(jìn)行熔覆,2道搭接,搭接率40%,焊后空冷。熔覆工藝參數(shù)為焊接電流130 A,焊接速度30 mm/min,送粉速度10 g/min,等離子弧噴嘴與試板距離10 mm。獲得了GH2135合金粉末的等離子覆層,其外表潤滑、無宏觀氣孔與裂紋,覆層單層厚度約4 mm。經(jīng)線切開加工成熱疲憊試樣(20 mm×120 mm×110 mm), H13鋼和GH2135高溫合金粉末的化學(xué)成分。
外表用金相砂紙磨光去除外表劃痕等缺陷,便于疲憊實(shí)驗(yàn)后調(diào)查裂紋形狀,并用線切開切出100μm寬的預(yù)制缺口及直徑為3 mm的孔,便于疲憊試樣的懸掛。氧化增重實(shí)驗(yàn)試樣尺度為20 mm×110 mm×14 mm,試樣外表用金相砂紙磨光保證外表光潔質(zhì)量。
1.3實(shí)驗(yàn)辦法
熱疲憊實(shí)驗(yàn)在自制熱疲憊實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,可一起進(jìn)行多個(gè)試樣的熱循環(huán)實(shí)驗(yàn),能有用排除外在因素對熱疲憊實(shí)驗(yàn)的影響,選用空氣電阻爐加熱,循環(huán)水冷卻;自動控制加熱溫度、加熱時(shí)刻、記載循環(huán)次數(shù)。熱循環(huán)溫度為700~25℃,加熱140 s,室溫自來水冷卻10 s,每循環(huán)200次調(diào)查1次試樣。高溫抗氧化功能實(shí)驗(yàn)在SX2-4-10箱式節(jié)能電阻爐中進(jìn)行,700℃加熱24 h,空氣中冷卻,選用FA1004分析電子天平稱重。熱循環(huán)進(jìn)程中,熱疲憊裂紋的萌發(fā)和擴(kuò)展與壓鑄模具的作業(yè)環(huán)境有關(guān)。壓鑄模具作業(yè)時(shí),在一個(gè)熱循環(huán)進(jìn)程中,型腔要經(jīng)歷緊縮和拉伸2在H13鋼外表制備了GH2135鐵鎳基高溫合金粉末等離子弧覆層,使用自制的熱疲憊實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了覆層試樣的熱疲憊測試,憑借OM和SEM調(diào)查了覆層資料的安排和熱疲憊裂紋描摹,對比研討了GH2135覆層試樣與H13鋼試樣的熱疲憊行為。實(shí)驗(yàn)標(biāo)明,GH2135覆層優(yōu)異的高溫抗氧化性和較高硬度,對阻止疲憊裂紋擴(kuò)展及提高資料的熱疲憊功能起了重要作用。
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