초합금 단조의 신비를 밝히다: 산업의 슈퍼히어로 소재 창조
내열합금 또는 초합금으로도 알려진 초합금은 현대 항공 엔진, 로켓 엔진, 가스 터빈 및 화학 장비에 필수적인 금속 재료입니다. 600~1100도의 산화 및 가스 부식 조건에서 복잡한 응력을 견딜 수 있어 오랫동안 안정적으로 작동할 수 있습니다.
현재 변형 초합금 중에서 가장 널리 사용되는 것은 철 기반 초합금과 니켈 기반 초합금입니다. 철 기반 합금은 터빈 디스크, 압축기 디스크, 베어링 링 연소실 및 블레이드로 더 많이 사용되며 그 구성 특성은 주로 철이며 다량의 니켈, 크롬 및 기타 원소를 포함합니다. 강화 특성에 따라 약 시효 경화형, 고용체 경화형, 탄화물 시효 경화형, 금속간 화합물 시효 경화형으로 나눌 수 있습니다.
니켈 기반 합금은 터빈 블레이드, 연소실, 터빈 디스크, 압축기 디스크 및 압축기 블레이드의 제조에 더 많이 사용되며, 그 구성은 니켈 기반으로 구성되며 10% ~ 20%의 Ω(Cr)을 포함하여 니켈 기반을 형성합니다. 오스테나이트 매트릭스. 또한 일부 합금에는 10~20%의 Ω(Co)도 포함되어 니켈-크롬-코발트 오스테나이트 매트릭스를 형성합니다. 강화형에 따라 고용강화형과 시효강화형으로 나눌 수 있다.
초합금의 특성은 주로 합금의 조성과 미세구조에 따라 달라집니다. 침전상의 유형, 구조, 모양, 크기, 수량 및 분포는 미세구조에서 특히 중요합니다. 철 및 니켈 기반 합금의 일반적인 침전물은 금속간 화합물, 탄화물 및 붕화물입니다. 이들 화합물은 모두 열처리에 의해 조절 및 제어될 수 있으며, 형태 및 분포도 변형에 의해 변경될 수 있습니다.
변형 초합금의 열처리는 일반적으로 고용체 처리, 중간 처리(2차 고용체 처리라고도 함) 및 시효 처리로 구성됩니다. 용액처리의 목적은 균일한 과포화 고용체를 얻고 적절한 입자 크기를 조절하는 것입니다. 중간 열처리의 목적은 탄화물의 상태를 변화시키고 크기가 다른 두 개의 서로 다른 '상'을 얻는 것입니다. 시효 처리의 목적은 강화된 상을 완전하고 균일하게 침전시키고, 석출 경화 효과를 달성하고, 온도, 시간 및 빈도를 선택하고, 강화된 상 수, 모양 및 분포를 기준으로 적절하게 만드는 것입니다. 변형된 초합금의 열간 변형 공정의 핵심은 거친 결정의 공정 소성과 임계 변형입니다.
1.초합금 변형의 특성
1) 낮은 소성, 높은 합금화로 인한 초합금은 이질적인 구조와 복잡한 상 조성을 가지므로 공정 소성이 낮습니다. 특히 고온에서는 S, Pb, Sn 등의 불순물 원소가 함유되면 결정립 사이의 결합력이 약화되어 가소성이 저하되는 경우가 많습니다. 초합금은 일반적으로 강화 요소인 알루미늄과 티타늄의 총 함량을 사용하여 소성 수준을 결정합니다. 총 함량이 6% 이상이면 소성이 매우 낮습니다. 니켈 기반 초합금의 가공 연성은 철 기반 초합금보다 낮습니다. 초합금의 가공 소성은 변형률과 응력 상태에 매우 민감합니다. 일부 합금 잉곳과 중간 빌렛은 저속 변형과 전복, 압연, 심지어 압출을 통해 형성되어야 합니다.
2) 초합금의 복잡한 조성, 높은 재결정 온도, 느린 속도로 인해 변형 저항이 크고 변형 저항이 높으며 변형 온도에서 경화 경향이 있으며 변형 저항은 일반적으로 일반 구조용 강철의 4 ~ 7 배입니다.
3) 단조 온도 범위가 좁고 초합금의 융점이 강철에 비해 낮으며 가열 온도가 너무 높아 과열 및 과연소가 발생합니다. 단조 정지 온도가 너무 낮으면 소성이 낮고 변형 저항이 크며 냉간 혼합 변형으로 인해 단조 시 고르지 못한 조대 결정이 생성되기 쉽습니다. 따라서 초합금 단조의 온도 범위는 매우 좁으며 일반적으로 약 200℃에 불과합니다. 니켈 기반 내열 합금의 단조 온도 범위는 더 좁으며 대부분은 100~150℃이고 일부는 그보다 훨씬 낮습니다. 100℃
4) 열전도율이 낮고 초합금의 저온 열전도율은 탄소강보다 훨씬 낮기 때문에 일반적으로 700~800℃ 범위에서 예열을 느리게 해야 합니다. 그렇지 않으면 온도가 높아집니다. 응력으로 인해 가열 금속이 부서지기 쉬운 상태가 됩니다.
2.초합금의 가공가소성
1) 다수의 합금원소 첨가로 인해 초합금의 내열성은 향상되지만 가공가소성은 크게 감소한다. 높은 합금화로 인해 심각한 편석과 거친 주상 결정이 생성됩니다. 1차 수상돌기 결정립계의 약한 고리에서는 결정립계를 따라 균열이 발생하기 쉽습니다. 덴드라이트 편석으로 인해 첫 번째 결정화된 부분의 합금원소 함량이 낮고, 덴드라이트 가장자리 부분의 합금원소 함량이 높기 때문에 덴드라이트 가장자리 부분에 탄화물과 금속간 화합물이 집중되어 전성이 감소합니다. 합금의.
2) 고합금으로 인해 초합금 바의 가소성은 일반 합금강보다 훨씬 낮습니다. 결정립계 영역에는 다수의 합금원소가 풍부하기 때문에 고온에서 결정립계 강도는 결정립내 강도보다 낮고, 강화된 상 입자 중 많은 부분이 변형 온도 내에서 고용체로 모두 용해되지 않습니다. 탄화물 및 붕화물 등과 같은 범위에 추가하여 변형과 관련된 강화 단계도 있습니다. 즉, 변형은 단상 상태에서 수행되지 않습니다. 따라서 초합금 압연봉의 가공 소성도 상대적으로 낮습니다. 따라서 초합금 단조 공정 절차의 공식화에서는 합금의 공정 소성을 먼저 측정해야 합니다.
3.초합금의 변형온도 측정
1) 초합금의 변형 온도를 결정하는 원리는 초합금의 합금화 정도의 복잡성으로 인해 합금의 초기 용융 온도가 감소하고 재결정 및 강화상의 용해 온도가 증가하여 변형 온도가 좁아지는 결과를 낳습니다. 그리고 더 좁습니다. 따라서 변형 온도를 결정할 때 공정 가소성을 보장하고 성형을 충족하는 것 외에도 좋은 조직과 특성을 얻을 필요도 충족해야 합니다. 초합금 단조품의 미세조직에서 세포 전위 네트워크를 유지하고 미세하고 균일한 결정립과 우수한 특성을 얻기 위해서는 단조 변형 온도는 결정립 성장 온도보다 낮아야 하며 최종 단조 온도는 에 가깝(약간 높아야 함) 두 번째 상 입자가 고용체로 용해되는 온도와 재결정 온도.
초합금 단조의 신비를 밝히다: 산업의 슈퍼히어로 소재 창조
2) 초합금의 가열 사양, 초합금 가열은 예열과 가열의 두 단계로 구분됩니다. 단조 가열 온도에서 초합금의 유지 시간을 단축하려면 과도한 입자 조대화 및 합금 원소 고갈을 피하십시오. 동시에, 초합금의 낮은 열전도율과 높은 열팽창 계수로 인한 열 응력을 줄이기 위해 단조 전에 블랭크를 예열해야 합니다. 예열 온도는 750 ~ 800도이고 유지 시간은 0.6 ~ 0.8min/mm로 계산됩니다. 가열온도는 일반적으로 1100~1180℃, 유지시간은 0.4~0.8min/mm이다. 가열 장비는 정확한 제어를 위해 온도계와 자동 조절 온도 조절 장치가 장착된 저항로를 사용할 수 있습니다. 화염로를 선택할 때 연료의 황 함량을 엄격하게 제어해야 합니다. 디젤 또는 중유의 황 함량은 0.5% 미만이어야 합니다. 가스의 황 함량은 0.7g/m3 미만이어야 합니다. 연료의 과도한 황 함량은 빌렛 표면에 침투할 때 융점이 낮은(약 650도) Ni-Ni3S3 공융을 형성하여 합금을 뜨겁게 부서지기 쉽게 만듭니다. 블랭크 표면의 크롬, 알루미늄, 티타늄 및 기타 원소의 고갈을 방지하고 합금의 피로 강도와 고온 지속 강도를 감소시키기 위해서는 산화 가열 조치를 덜 취하거나 전혀 취하지 않는 것이 필요합니다. 국부 유도 가열은 블랭크의 사전 단조에 사용될 수 있습니다. 가열하기 전에 블랭크를 청소하여 먼지를 제거하고 부식으로 인한 표면 결함을 방지해야 합니다. 다중 화재로 단조하는 경우 정적 재결정화에 따른 결정립 성장을 피하기 위해 두 화재 사이의 간격을 연장하여 단조 가열 온도를 낮추고 동시에 재가열 온도도 가까울수록 낮아야 합니다. 완성된 단조품에 비해 변형이 적습니다.
4.초합금의 변형 정도 측정
1) 초합금의 변형 정도를 결정하는 원리
합금화도가 높기 때문에 초합금의 변형 온도 범위가 좁고 조정 여유가 많지 않습니다. 또한 초합금은 이성화 전이가 없으며 합금의 결정립 크기는 주로 단조 변형에 의해 제어됩니다. 따라서 변형온도를 결정한 후 변형정도의 선택이 매우 중요하다. 특정 단조 온도에서 각 가열 순서의 변형은 임계 변형 정도보다 크고 두 번째 결정립 성장 영역의 해당 변형 정도보다 작아야 합니다. 공정 가소성 및 공정 배열(사전 단조) 요구 사항을 충족한다는 전제하에 각 변형은 깊고 균일해야 하며 고르지 않은 변형을 피해야 합니다. 그렇지 않으면 띠 모양의 거친 결정과 국부적인 거친 결정이 생성됩니다. 초합금의 거친 결정은 일정한 유전적 완고함을 가지고 있으며 즉각적인 변형에서 변형 정도가 충분히 크지 않으면 단일 불균일 변형으로 생성된 거친 결정을 변경하기가 어렵습니다. 만족스러운 미세구조와 특성을 얻기 위해서는 낮은 가열 온도, 큰 변형 정도, 석출 단계를 사용하여 미세 구조를 제어하고 최종 단조 변형 시 결정립 크기 및 결정립계 상태를 개선해야 합니다.
결정립 크기 외에도 결정립계 상태도 중요한 미세구조 요소입니다. 결정립계 강화 및 강화의 관점에서 결정립계 조직의 제어에는 다음과 같은 법칙이 있습니다.
(1) 결정립계에 석출상이 부족하면 균열채널이 되기 쉽다.
(2) 조대한 상과 탄화물이 결정립계에 균일하게 분포되어 합금 결정립계가 강화되고 단단해집니다.
(3) 결정립계 결핍 영역에는 응력 완화 부분이 있어 전단 저항을 감소시키고 변형률 집중 영역을 확장할 수 있습니다. 따라서 결정립계 강도가 너무 높으면 공핍대가 유익한 역할을 합니다.
(4) 결정립계에 연속적인 얇은 탄화물 상이 형성되면 합금 노치가 민감해집니다.
(5) 결정립계에 셀형 탄화물이 형성되면 합금 결정립계의 강도와 강인성에 부정적인 영향을 미칩니다.
따라서 합리적인 열처리 시스템 외에도 단조 공정에서 합리적인 변형 분포를 통해 특히 마지막 화재의 최종 단조 변형 정도를 높이고 입계 상태, 입계 및 입계 강도 일치를 향상시킵니다. , 좋은 조직적 특성을 얻는 것은 의심할 여지 없이 매우 중요합니다.
2)일반적으로 변형된 초합금은 임계 변형에 더 민감합니다., 임계 변형 정도는 일반적으로 넓은 범위({{0}}.5% ~ 20%) 내에서 다양하며 구체적인 값은 합금에 따라 다르며 임계 변형 정도는 동일한 합금은 다른 가열 온도에서 다릅니다. 예를 들어, GH4049 합금의 총 임계 변형 정도는 0.1% ~ 7%입니다. GH4220 합금의 총 임계 변형 정도는 1150도에서 0.6%-4.7%, 1180도에서 0.1%-3%이지만, 서로 다른 단조 온도에서의 임계 변형 정도, 최대 결정립과 최대 임계 변형 직경은 동일하지 않습니다. 임계 변형 조대 결정의 직경은 일반 입자의 직경보다 몇 배 더 크며 최대 크기는 10mm이고 가장 작은 크기는 1mm입니다.
5. 단조 공정 변수가 초합금의 미세 구조 및 특성에 미치는 영향
단조품의 적절한 선택과 후속 열처리 공정 매개변수는 단조품의 기계적 특성에 직접적인 영향을 미칩니다. 가열 처리 매개변수 선택 시 참고할 수 있도록 다양한 합금의 테스트 결과가 아래에 나열되어 있습니다.
1) 가열온도가 GH2036 합금의 미세조직 및 특성에 미치는 영향
단조 전 GH2036 합금 터빈 디스크의 허용 가열 온도는 1190도입니다. 합금을 1220도에서 2시간 동안 가열하면 인장 및 충격 샘플이 입계 파괴에서 입계 파괴로 변경됩니다. 즉, 합금이 과열됩니다. 합금을 1250도와 1280도에서 2시간 동안 가열하면 합금의 결정립계가 국부적인 초기 용융을 생성합니다. 즉, 합금이 과도하게 연소됩니다. 인장시편과 충격시편 모두에서 입계파괴가 발생하며, 합금의 전반적인 특성이 저하됩니다. 고온 가열이 GH2036 합금의 특성에 미치는 영향, 가열 온도가 증가함에 따라 합금의 충격, 인장 및 내구성 특성이 저하됩니다.
2) 최종 변형 온도가 GH4169 합금의 특성에 미치는 영향
최종 변형도가 25%인 경우 최종 변형 온도를 900~955도로 제어하여 노치 감도를 제거할 수 있으며, 최종 변형 온도가 증가하면 합금의 결정립이 불균일해지고 소성이 감소하여 결과적으로 노치 민감도가 제거될 수 있습니다. 노치 감도. 3) 입자 크기가 성능에 미치는 영향
3) 입자 크기가 특성에 미치는 영향
입자가 클수록 지속강도와 크리프 강도가 증가하고, 입자가 미세할수록 항복강도와 피로강도가 증가합니다. 균일한 입자 크기는 합금 특성에 유리합니다. 거친 결정의 파괴 수명은 미세한 결정의 파괴 수명보다 짧습니다. GH4169 합금의 특성에 대한 입자 크기의 종합적인 영향은 GH4169 합금의 항복 강도와 피로 강도가 결정립 미세화에 의해 분명히 향상되지만 600도 이상의 온도에서 피로 강도가 감소한다는 것을 보여줍니다. 합금의 영구 강도에 대한 영향은 파괴 형태(입계 또는 입계 파괴)에 따라 달라집니다. 즉, 합금의 온도가 관련됩니다.
4) 동적 재결정화에 대한 열 공정 매개변수의 영향
변형도가 30%보다 큰 경우, GH4169 합금을 해머나 유압 프레스로 단조할 때 동적 재결정 시작 온도는 대략 930~960도이고, 등온 단조의 경우 대략 930~940도입니다.
GH4169 합금의 동적 재결정화는 단조 온도 증가, 변형 정도 증가, 더 높거나 낮은 변형률 채택 및 다중 변형 적용을 통해 촉진됩니다.
