m91高温合金的研制及工艺优化

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1、重庆人学硕士学位论文中文摘要摘要对M91高温合金的制造工艺进行了研究，包括合金成份的选择、熔炼工艺的优化、合金的精炼及夹杂物的控制、合金的热处理工艺等；同时研制了一种M91高温合金晶粒细化剂——铝酸钴，并将其用于精铸VTR／C系列增压器涡轮叶片的表面铸渗，获得了铸件晶粒度从2—3m细化至0．4__o．8mm的效果，改善了叶片的中温塑性性能，使合金的性能全面达到了设计标准。关键词：M91高温合金、熔炼工艺、晶粒细化、热处理重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTTheproductivetechniqueofM91supperalloyaredeveloped．Itconcl

2、udesthechooseofcompositionofalloys，theoptimizationofmeltingprocessparameters，therefiningofalloyandthecontrolofimpurities，andtheheattreatmenttechnologyarealsostudied．Anymore，anewkindofrefinementagent---CobaltousAluminateisprepared．Wehaveapplicatedtherefinementagenttoproducetheinvestmentcastin

3、gofVTR／Cseriesturbinebladeunderthehelpofcasting-infiltration，thegrainsizeinthecastingwaschangedfrom2-一3mmtoO．4—∞．8mm．Theplasticitypropertiesinmiddletemperatureoftheproductsareimprovedandmeetthedesignstandardoverall．keywords：M91supperalloy,meltingprocess，refinement,heattreatmentII重庆大学硕士学位论文1绪

4、论1绪论1．1高温合金发展的历史和现状高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的～类金属材料。高温合金具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性等。高温合金为单一奥氏体基体组织，且其合金化程度很高，在各种温度下均具有良好的组织稳定性和使用的可靠性。高温合金主要用于固体火箭发动机及燃气轮机的4大热端部件，即导向器、涡轮叶片、涡轮盘和燃烧室。就目前使用的高温合金来看，镍基高温合金的使用范围远远大于铁基和钴基高温合金【lj。高温合金的发展是源于T．R．Brayton提出的一个基本的热动力学原理，即高的燃气温度下所

5、产生的高压力能提高燃气轮机的工作效率，对高温工作条件下合金的高温性能需求促进了高温合金的发展。真正具有现代意义上的高温合金应该从二十世纪初奥氏体不锈钢的发明算起，特别是1929年当M．R，Bedford、H．D．Piling和M．S．Merica偶然加入一些n和Al到80／20Ni，Cr合金中得到了一种现代高温合金中最基本的强化相Y7相，使得材料的高温蠕变性能得到了很大的提高【2】；其后随着航空工业的迅猛发展，新技术新工艺不断出现，N--十世纪四十年代，出现了真空熔炼法，由此人们可以获得纯净高质量的合金；到了五十年代，人们发现通过加Mo等难熔金属到合金液中可以显著提高其耐热性能

6、，并得到了另～独特的强化相Y”相[31。六十年代以来，一系列先进的生产工艺相继被开发出来，如定向凝固技术、粉末冶金技术以及单晶技术等，这些新工艺的出现大大促进了高温合金的发展，韭进一步提高了合金的使用温度【l】。较早的高温合金是在80％Ni+20％Cr合金基础上发展起来的锻造镍基高温合金NimOI"1iC80A，通过添加少量的Ti和Al来提高合金的抗蠕变性能及抗高温氧化性能[4】。镍基高温合金的发展最初是通过改变合金成分来提高合金的使用温度，主要有两类：Ni．Cr—Al系和Ni—cr—A1．Ti—w．Mo．Ta系。但随着发动机性能的不断提高，镍基高温合金的使用温度已经接近极限，

7、用改变其合金成分来提高使用温度已非常困难。为了满足固体火箭发动机的使用要求，高温合金的发展重点已由普通锻造和铸造高温合金发展为定向凝固高温合金和单晶高温合金，并向弥散强化高温合金和纤维增强的高温合金发展lll。单晶高温合金己由第一代合金(如PWAl480、CMSX2、SRR99、YRC6Y等)和第二代合金(如PWAl484、CMSX4、ReneN4、MX0N等)发展到含有5％～7％Re的第三代单晶合金(如cMsx10、ReneN6重庆大学硕士学位论文1绪论等)，其工作温度已达到1204℃Ⅲ。