GH2135合金粉末等離子弧覆層安排及其熱疲憊功能

發布時間：2022-05-10 作者：焱狄金屬次數：1268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效沉淀強化相，加入鉻、鎢和鉬等元素進行固溶強化。合金具有抗低周疲勞性能良好。在700℃以下屈服強度隨溫度升高而增大，熱加工塑性良好等特點。

GH2135高溫合金已用于制作兩種航空發動機Ⅰ、Ⅱ級渦輪盤，裝備兩種殲擊機在外場使用。合金板材制成的我國第一臺3000馬力燃氣輪機火焰向，裝在長征1號機床上，通過300多小時的運行考驗。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合金可節省Ni41%和Cr5.5%。合金經800℃以上長期時效后晶內有針狀σ相析出，晶界有Laves相析出。

GH2135高溫合金化學成分

元素

最小

14.0

33.0

1.7

2.0

2.1

Bal

最大

0.08

16.0

36.0

2.2

2.8

2.5

0.015

0.03

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，空冷，時效處理830℃保溫8小時，空冷+，時效處理700℃保溫16小時，空冷。

鍛件、環件：固溶1140℃保溫4小時，空冷，時效處理830℃保溫8小時，空冷+，時效處理650℃保溫16小時，空冷。

板材：固溶1030℃，空冷，時效處理750℃保溫16小時，空冷

密度：7.92

前語H13鋼因具有杰出的熱強性、淬透性和經濟的價格等特點而被廣泛運用于壓鑄模具、熱擠壓模具等熱作模具上。壓鑄模具作業進程中處于急冷急熱狀況,常常導致模具外表呈現熱疲憊破壞而前期失效。

據報道,超過60%以上的熱作模具破壞是由熱疲憊裂紋擴展引起的,因此應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。為提高模具使用壽數,生產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模具,以延伸模具的服役壽數,下降生產成本。
生產中常用的外表熔覆技術主要有鎢極氬弧熔覆、等離子弧熔覆和激光熔覆。等離子弧熔覆因為工藝進程簡略、生產效率高、成形質量好等長處被廣泛選用,其中鈷基和鎳基合金現已成功運用于改善資料的熱疲憊功能。
MKhalid Imran和Amit Srivastava發現選用多元結構覆層能有用提高覆層的功能,延伸覆層的疲憊壽數。與鈷基、鎳基合金相比,GH2135是我國自行研發的鐵鎳基高溫合金,具有杰出的高溫力學功能、低周疲憊功能和屈從強度等特性,價格適中,使用范圍廣。尤其是在溫度低于750℃時,跟著溫度的升高,屈從強度不降反升,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驗機研討熱循環后熔覆層的裂紋形狀、數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實驗資料與辦法
1.1實驗資料
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,化學成分。
1.2試樣制備工藝
選用F8-1型等離子弧焊機在H13鋼基體上進行熔覆,2道搭接,搭接率40%,焊后空冷。熔覆工藝參數為焊接電流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,便于疲憊實驗后調查裂紋形狀,并用線切開切出100μm寬的預制缺口及直徑為3 mm的孔,便于疲憊試樣的懸掛。氧化增重實驗試樣尺度為20 mm×110 mm×14 mm,試樣外表用金相砂紙磨光保證外表光潔質量。
1.3實驗辦法
熱疲憊實驗在自制熱疲憊實驗機上進行,可一起進行多個試樣的熱循環實驗,能有用排除外在因素對熱疲憊實驗的影響,選用空氣電阻爐加熱,循環水冷卻;自動控制加熱溫度、加熱時刻、記載循環次數。熱循環溫度為700~25℃,加熱140 s,室溫自來水冷卻10 s,每循環200次調查1次試樣。高溫抗氧化功能實驗在SX2-4-10箱式節能電阻爐中進行,700℃加熱24 h,空氣中冷卻,選用FA1004分析電子天平稱重。熱循環進程中,熱疲憊裂紋的萌發和擴展與壓鑄模具的作業環境有關。壓鑄模具作業時,在一個熱循環進程中,型腔要經歷緊縮和拉伸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驗機進行了覆層試樣的熱疲憊測試,憑借OM和SEM調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。實驗標明,GH2135覆層優異的高溫抗氧化性和較高硬度,對阻止疲憊裂紋擴展及提高資料的熱疲憊功能起了重要作用。

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