Bearbeitungstechnologie und Eigenschaften von Chromlegierung Teilen
Die Untersuchung von Hochtemperaturwerkstoffen aus Chromlegierungen begann Mitte der 1950er Jahre. Da die Kunststoff-Spröd-Übergangstemperatur der Chromlegierung höher als die Raumtemperatur ist, ist sie bei hoher Temperatur Luft ausgesetzt. Aufgrund der Infiltration von Stickstoff verschlechterte sich die Plastizität der Legierung und die Schlagzähigkeit konnte die Anforderungen nicht erfüllen. Chromlegierungen wurden in Turbinenschaufeln und Leitschaufeln von Strahltriebwerken bei höheren Temperaturen als bei Superlegierungen auf Nickelbasis nicht entwickelt und angewendet. Eine Legierung aus anderen Elementen auf der Basis von Chrom ist eine hochschmelzende Legierung. Metallchrom hat im Vergleich zu metallischem Nickel einen hohen Schmelzpunkt (1860 ° C), eine hohe spezifische Festigkeit (Verhältnis von Festigkeit und Dichte), eine gute Oxidationsbeständigkeit und Beständigkeit gegen hohe Schwefel-, Dieselkraftstoff- und Meerwasserkorrosion. Metallisches Chrom hat im Vergleich zu metallischem Nickel einen hohen Schmelzpunkt (1860 ° C) und eine hohe spezifische Festigkeit (Verhältnis von Festigkeit zu Dichte). Es hat eine gute Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit gegen hohen Schwefelgehalt, Dieselkraftstoff und Meerwasser.
Prinzip der Chromlegierung Synthese
Die Zugabe von Festlösung Legierungselementen in Chrom kann die Festigkeit der Legierung verbessern, die Plastizität verschlechtert sich jedoch. Nur diejenigen Elemente, die eine höhere Affinität zu interstitiellen Verunreinigungselementen wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff aufweisen, wie Antimon, Titan und Antimon, können ihre Plastizität verbessern. Dies liegt daran, dass diese Elemente mit interstitiellen Verunreinigungen Niederschläge bilden und den Gehalt an fester Lösung in der Matrix verringern können. Sie werden oft als "Reinigungsmittel" bezeichnet. Wenn der Yttriumgehalt 0,1% bis 0,2% beträgt, wird die Plastizität der Legierung verbessert. Durch Ausfällungs- oder Dispersionsverstärkung kann die Kriechfestigkeit von Chromlegierungen bei erhöhter Temperatur verbessert werden, und die Plastizität von Chromlegierungen wird auch durch Ausfällungs- oder Dispersionsverstärkung verbessert, so dass es vorteilhafter ist, ausfällungs- oder dispersionsverstärkende Chromlegierungen zu entwickeln.
Chrom-Legierung Klassifizierung
Es gibt hauptsächlich dispersionsverstärkte Legierungen und ausscheidungsverstärkte Legierungen.
(1) Dispersionsverstärkte Legierung.
In den frühen 1960er Jahren fügte D.M Scruggs pulvermetallurgisch Magnesiumoxid zu Chrom hinzu, um eine dispersionsverstärkte Legierung Chrome 30 (Cr-0.5Ti-6MgO) zu bilden. Diese Legierung hat eine gute Plastizität bei Raumtemperatur und Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Dies ist auf die Bildung einer Spinell-MgO-Cr 2 O 3 -Struktur auf der Oberfläche der Legierung durch Chromoxid und Magnesiumoxid in der oxidierenden Atmosphäre von 1000–1200 ° C zurückzuführen, wodurch die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen verbessert wird. Es hat eine gute Leistung unter Bedingungen mit hohem Wärmestrom und wurde als Schutzrohr verwendet. Die Schlagzähigkeit der Legierung bei Raumtemperatur ist jedoch immer noch sehr gering und kann nur verbessert werden, wenn die Temperatur über 240 ° C liegt.
(2) Ausscheidung Verstärkung Legierung
Die Chrom-Tantal-Legierungsreihe ist eine Legierung, die durch Zugabe eines Elements hergestellt wird, das eine Ausscheidungsphase auf der Basis von Cr-2Ta bildet und eine gute Kriechbeständigkeit und eine gewisse Duktilität bei Raumtemperatur aufweist. Die Legierung Cr-2Ta-0.1C ist eine ausgefällte Phase aus Tantalcarbid. Solche Legierungen umfassen auch Cr-2Ta-0,1Ti-0,5Si, Cr-2Ta-0,05B-0,05Zr-0,1C und dergleichen. Zusätzlich ist die Legierung anderer Komponenten Cr-0,3Y-2,4Ti-0,5Zr-0,5C. Diese Legierungen bestehen aus Titancarbid und Zirkoniumcarbid als Fällungsphase und Cer wird als Reinigungsmittel zugesetzt. Die Legierung Cr-0,5Ti-0,1N ist eine ausgefällte Phase von Titannitrid. Die Schlagzähigkeit dieser Legierungen bei Raumtemperatur ist jedoch schlecht und kann nur über 200ºC verbessert werden. Die Tabelle zeigt die Zeitstandfestigkeit und Schlagzähigkeit einiger Chromlegierungen. Es gibt weniger festlösungsverstärkte Chromlegierungen. Die ehemalige Sowjetunion-Marke BX4 ist eine hochlegierte Chromlegierung. Die Hauptlegierungselemente sind Nickel und Wolfram. Der Wolframgehalt beträgt bis zu 38% und wird in einer korrosiven Hochtemperaturatmosphäre verwendet.
Kriechbruchverhalten und schlagzäh-plastisch-spröde Übergangstemperatur mehrerer Chromlegierungen
Herstellungsverfahren
Der Chromlegierungsblock kann durch zwei Schmelz- oder Pulvermetallurgiemethoden erhalten werden. Aufgrund des hohen Dampfdrucks von Chrom wird es beim Schmelzen durch ein Inertgas geschützt. Das durch Chromiodid oder Wasserstoff veredelte elektrolytische Chrom wird als Rohmaterial verwendet, und Legierungselemente werden zugesetzt, und durch Schmelzen kann ein hochwertiger Block erhalten werden. Dispersionsverstärkte Legierungen können durch Pulvermetallurgie direkt durch Zugabe einer Dispersionsphasenverbindung zu Chrom erhalten werden. Legierungskunststoffverarbeitung kann verwendet werden, um Knüppel zu extrudieren, dann zu schmieden oder zu rollen, unter Verwendung eines weichen Pfannenmantels, um die Verformung zu erleichtern. Nach der Verarbeitung kann der Stahlmantel durch Beizen entfernt werden. Einige Chromlegierungstargets können auch durch isostatisches Heißpressen gebildet werden.
Legierung stärkung
Die Festlösungsverstärkungselemente von Chromlegierungen sind Tantal, Niob, Wolfram, Molybdän und dergleichen. Die Ausscheidungshärtung Phase enthält hauptsächlich Boriden, Carbiden und Oxiden der Gruppe IVA und Gruppe VA-Elemente. Einige Legierungen verwenden eine Kombination aus Festlösungsverfestigung und Ausscheidungshärtung ihre Festigkeit zu erhöhen. Zum Beispiel sind C-207 und Cl-41 [Cr-7.1Mo-2 Ta-0.09 C-0.1 (Y + La)] feste Lösungen, die mit Wolfram oder Molybdän verstärkt sind und auch eine Karbidfällungsverstärkung aufweisen und eine kleine Menge von enthalten Ruthenium oder Osmium. Und als Scavenger zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit. Beide Legierungen haben eine hohe Zugfestigkeit (10 bis 15 kgf / mm) im Temperaturbereich von 1093 bis 1149 ° C. Legierung E, Legierung J (Cr-2Ta-0,5Si) und Legierung H (Cr-2Ta-0,5Si-0,5R) haben die gleiche chemische Zusammensetzung Cr-2Ta-0,5Si und geben jeweils eine geringe Menge anderer Komponenten zu Die Festigkeit ist niedriger als die von C-207 und Cl-41, aber auch die Übergangstemperatur zwischen Kunststoff und Sprödigkeit ist niedriger. Die BX-4-Legierung ist eine Gusslegierung mit einer etwas höheren Festigkeit als die C-207-Legierung, aber einer schlechten Plastizität.
Prinzip der Chromlegierung Synthese
Die Zugabe von Festlösung Legierungselementen in Chrom kann die Festigkeit der Legierung verbessern, die Plastizität verschlechtert sich jedoch. Nur diejenigen Elemente, die eine höhere Affinität zu interstitiellen Verunreinigungselementen wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff aufweisen, wie Antimon, Titan und Antimon, können ihre Plastizität verbessern. Dies liegt daran, dass diese Elemente mit interstitiellen Verunreinigungen Niederschläge bilden und den Gehalt an fester Lösung in der Matrix verringern können. Sie werden oft als "Reinigungsmittel" bezeichnet. Wenn der Yttriumgehalt 0,1% bis 0,2% beträgt, wird die Plastizität der Legierung verbessert. Durch Ausfällungs- oder Dispersionsverstärkung kann die Kriechfestigkeit von Chromlegierungen bei erhöhter Temperatur verbessert werden, und die Plastizität von Chromlegierungen wird auch durch Ausfällungs- oder Dispersionsverstärkung verbessert, so dass es vorteilhafter ist, ausfällungs- oder dispersionsverstärkende Chromlegierungen zu entwickeln.
Chrom-Legierung Klassifizierung
Es gibt hauptsächlich dispersionsverstärkte Legierungen und ausscheidungsverstärkte Legierungen.
(1) Dispersionsverstärkte Legierung.
In den frühen 1960er Jahren fügte D.M Scruggs pulvermetallurgisch Magnesiumoxid zu Chrom hinzu, um eine dispersionsverstärkte Legierung Chrome 30 (Cr-0.5Ti-6MgO) zu bilden. Diese Legierung hat eine gute Plastizität bei Raumtemperatur und Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Dies ist auf die Bildung einer Spinell-MgO-Cr 2 O 3 -Struktur auf der Oberfläche der Legierung durch Chromoxid und Magnesiumoxid in der oxidierenden Atmosphäre von 1000–1200 ° C zurückzuführen, wodurch die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen verbessert wird. Es hat eine gute Leistung unter Bedingungen mit hohem Wärmestrom und wurde als Schutzrohr verwendet. Die Schlagzähigkeit der Legierung bei Raumtemperatur ist jedoch immer noch sehr gering und kann nur verbessert werden, wenn die Temperatur über 240 ° C liegt.
(2) Ausscheidung Verstärkung Legierung
Die Chrom-Tantal-Legierungsreihe ist eine Legierung, die durch Zugabe eines Elements hergestellt wird, das eine Ausscheidungsphase auf der Basis von Cr-2Ta bildet und eine gute Kriechbeständigkeit und eine gewisse Duktilität bei Raumtemperatur aufweist. Die Legierung Cr-2Ta-0.1C ist eine ausgefällte Phase aus Tantalcarbid. Solche Legierungen umfassen auch Cr-2Ta-0,1Ti-0,5Si, Cr-2Ta-0,05B-0,05Zr-0,1C und dergleichen. Zusätzlich ist die Legierung anderer Komponenten Cr-0,3Y-2,4Ti-0,5Zr-0,5C. Diese Legierungen bestehen aus Titancarbid und Zirkoniumcarbid als Fällungsphase und Cer wird als Reinigungsmittel zugesetzt. Die Legierung Cr-0,5Ti-0,1N ist eine ausgefällte Phase von Titannitrid. Die Schlagzähigkeit dieser Legierungen bei Raumtemperatur ist jedoch schlecht und kann nur über 200ºC verbessert werden. Die Tabelle zeigt die Zeitstandfestigkeit und Schlagzähigkeit einiger Chromlegierungen. Es gibt weniger festlösungsverstärkte Chromlegierungen. Die ehemalige Sowjetunion-Marke BX4 ist eine hochlegierte Chromlegierung. Die Hauptlegierungselemente sind Nickel und Wolfram. Der Wolframgehalt beträgt bis zu 38% und wird in einer korrosiven Hochtemperaturatmosphäre verwendet.
Kriechbruchverhalten und schlagzäh-plastisch-spröde Übergangstemperatur mehrerer Chromlegierungen
|
Legierungszusammensetzung |
Stress / MPa |
Temperatur / ℃ |
Pausenzeit / h |
Übergangstemperatur / ℃ |
| Cr-2Ta-0.1C | 93.8 | 1050 | 414 | 200 |
| Cr-2Ta-0.1Ti-0.5Si | 93.8 | 1050 | 246 | |
| Cr-2Ta-0.05B-0.05Zr-0.1C | 93.8 | 1050 | 674 | 200 |
Herstellungsverfahren
Der Chromlegierungsblock kann durch zwei Schmelz- oder Pulvermetallurgiemethoden erhalten werden. Aufgrund des hohen Dampfdrucks von Chrom wird es beim Schmelzen durch ein Inertgas geschützt. Das durch Chromiodid oder Wasserstoff veredelte elektrolytische Chrom wird als Rohmaterial verwendet, und Legierungselemente werden zugesetzt, und durch Schmelzen kann ein hochwertiger Block erhalten werden. Dispersionsverstärkte Legierungen können durch Pulvermetallurgie direkt durch Zugabe einer Dispersionsphasenverbindung zu Chrom erhalten werden. Legierungskunststoffverarbeitung kann verwendet werden, um Knüppel zu extrudieren, dann zu schmieden oder zu rollen, unter Verwendung eines weichen Pfannenmantels, um die Verformung zu erleichtern. Nach der Verarbeitung kann der Stahlmantel durch Beizen entfernt werden. Einige Chromlegierungstargets können auch durch isostatisches Heißpressen gebildet werden.
Legierung stärkung
Die Festlösungsverstärkungselemente von Chromlegierungen sind Tantal, Niob, Wolfram, Molybdän und dergleichen. Die Ausscheidungshärtung Phase enthält hauptsächlich Boriden, Carbiden und Oxiden der Gruppe IVA und Gruppe VA-Elemente. Einige Legierungen verwenden eine Kombination aus Festlösungsverfestigung und Ausscheidungshärtung ihre Festigkeit zu erhöhen. Zum Beispiel sind C-207 und Cl-41 [Cr-7.1Mo-2 Ta-0.09 C-0.1 (Y + La)] feste Lösungen, die mit Wolfram oder Molybdän verstärkt sind und auch eine Karbidfällungsverstärkung aufweisen und eine kleine Menge von enthalten Ruthenium oder Osmium. Und als Scavenger zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit. Beide Legierungen haben eine hohe Zugfestigkeit (10 bis 15 kgf / mm) im Temperaturbereich von 1093 bis 1149 ° C. Legierung E, Legierung J (Cr-2Ta-0,5Si) und Legierung H (Cr-2Ta-0,5Si-0,5R) haben die gleiche chemische Zusammensetzung Cr-2Ta-0,5Si und geben jeweils eine geringe Menge anderer Komponenten zu Die Festigkeit ist niedriger als die von C-207 und Cl-41, aber auch die Übergangstemperatur zwischen Kunststoff und Sprödigkeit ist niedriger. Die BX-4-Legierung ist eine Gusslegierung mit einer etwas höheren Festigkeit als die C-207-Legierung, aber einer schlechten Plastizität.
