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循环气压缩机叶轮采用625合金的热处理工艺试验研究

孟冬梅 李明杰/沈阳鼓风机集团有限公司    
摘要: 本文对高温耐蚀镍基合金 625现有三种类型合金的热处理工艺进行试验研究,分析了合金各热处理工艺对金相组织及高温机械性能的作用,阐明了625合金三种类型的应用工况.
关键词:固溶强化;时效强化;粉末冶金
中图分类号: TG115 文献标志码:B
Key words: solution strengthening,ageing strengthening , powder metallurgy.Abstract : In this paper ,we have done the heat treatment test about high-temperature alloy Inconel625 which includes three kinds,at the same time we analysis metallurgical structure and strength in high temperature. Indicate the application in the machine.
0  引言
  随着压缩机的应用领域越来越广泛,要求压缩机设计制造技术水平需要不断提高,同时还对材料提出了更高的要求。在循环气压缩机装置中,高温、腐蚀且磨损的气体介质要求叶轮材料具有高温强度、耐腐蚀性能及高表面耐磨性能,高温耐蚀镍基合金625就是为满足这种产品设计需求而得以应用的,其主要用于高温循环气压缩机产品的叶轮及轴头螺母。本文通过材料的热处理工艺试验、机械性能试验及金相检验等一系列试验手段,研究了用于压缩机中的625合金的热处理工艺制度及应用情况。
1试验材料及试验方法
1.1高温合金锻件Inconel625热处理工艺试验

  试验用料采用真空熔炼+电渣重熔工艺,并经锻造而成,其化学成分见表1。

  高温合金锻件Inconel625试样按如下热处理工艺进行试验,在240℃作拉伸试验,并对热处理后试样作金相检验,检验结果见图1。

1.2 Pulver alloy 625合金热处理工艺试验
  Pulver alloy 625合金是采用雾化高温合金粉末,经热等静压成型工艺制成。采用粉末冶金工艺,由于粉末颗粒细小,冷却速度快,成分均匀,无宏观偏析,而且晶粒细小,热加工性能好,金属利用率高,成本低,尤其是合金的屈服强度和疲劳性能有较大的提高。
  现有3个从瑞士SWS Tech 进口Pulver alloy 625合金叶轮,已在用户运转。其化学成分见表3。

1.3 Inconel 625 plus合金热处理工艺试验
  Inconel625 plus合金是意大利公司制造,采用真空熔炼+电渣重熔工艺,并经锻造而成,其化学成分见表5。

  由表6中数值可以看出,该材料机械性能较高,可满足离心压缩机转子性能要求,可以应用于压缩机叶轮制造。另外,由于Inconel 625 plus采用真空熔炼+电渣重熔工艺,并经锻造而成,合金锻件易制造,缺陷出现机率小,锻件质量好,优于粉末合金Pulver alloy 625,因而,将会有更宽的适用范围。
2 试验结果及分析
  由机械性能检验结果(表2),可得出高温合金锻件Inconel625固溶处理后的强度较低,均低于400N/mm2,固溶温度越高,强度越低,韧性越好,试件金相检验结果为奥氏体+碳化物(颗粒状M23C6,M6C),金相图谱(图1)显示,组织成分差别不大,说明锻件高温合金Inconel625以固溶强化为主要强化方式,时效处理效果不明显。此锻件不能用于叶轮材料,但可用于叶轮轴头螺母等强度要求不高的高温耐蚀件。
      与高温合金锻件Inconel625相比,Pulver alloy 625机械性能检验(表4)所得各项指标均远远高于合金锻件Inconel625,原因在于二者的强化方式不同,Pulver alloy 625是以弥散强化为主要强化方式,辅以固溶强化和时效强化。利用粉末冶金方法在高温合金粉末中加入CbTa高熔点硬质金属颗粒,使第二相均匀分布于基体中,不溶于基体金属的超细第二相(强化相)强化的合金材料,超细微粒阻碍位错的运动,从而提高材料在高温下的力学性能。即采用合金化和热处理已难起到强化作用的情况下,仍能保持一定强度。弥散强化相含量一般小于10%。
      Inconel 625 plus合金为沉淀硬化型镍基高温合金,合金通过相变得到的合金元素与基体元素的化合物会引起合金强化,为沉淀强化 ,热处理状态的组织由γ基体γ’、γ"、δ、NbC相组成,其金相图谱见图4。γ"相(Ni3Nb)是合金主要强化相,γ’相[Ni3(Al、Ti、Nb)]呈球状弥散析出,对合金也起一定的强化作用。其热处理工艺可采用固溶+二次时效方式。
  由表6中数值可以看出,Inconel 625 plus机械性能较高,可满足离心压缩机转子性能要求,可以应用于压缩机叶轮制造。另外,由于Inconel 625 plus采用真空熔炼+电渣重熔工艺,并经锻造而成,合金锻件易制造,缺陷出现机率小,锻件质量好,优于粉末合金Pulver alloy 625,因此,在压缩机叶轮上将有更大应用空间。
3  结论
  (1)合金锻件Inconel625是以Mo、Nb等合金元素为主要强化相的固溶强化合金,热处理工艺以1050℃X1.5h,水冷。合金强度R p0.2﹤450N/mm2,合金用于压缩机轴头螺母等强度要求不高的零件。
  (2)Pulver alloy 625是以弥散强化为主辅以固溶、时效强化的粉末合金,热处理工艺采用1050℃水冷+980℃气冷+690℃空冷方式。在500℃试验温度下R p0.2可达到711N/mm2,可用于高温工作叶轮材料。
  (3)Inconel 625 plus是以沉淀强化为主的合金锻件,热处理工艺固溶、二次时效,热处理后强度达R p0.2=827 N/mm2,可用于转子叶轮材料。

 

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  评论人:不锈钢网   打分:0 分  发表时间:2015-8-13 2:01:21
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