Thermo-Span低熱膨脹合金Fe-Co-Ni鐵鈷鎳基高溫合金化學成分

Thermo-Span合金是一種具有較低熱膨脹系數的Fe-Co-Ni基高溫合金，與其他低膨脹高溫合金相比，由于加入了5.5% 的Cr，合金具有較好的高溫抗氧化性，同時保持較高的力學性能和熱疲勞性能，合金的工作溫度達到650℃，用于制造隔熱環等薄壁靜止結構部件，可以減少渦輪發動機轉動和靜止部件間的間隙，降低發動機的重量和成本，進一步提高航空發動機的燃油效率，在航空航天業得到了廣泛的實際應用。較高的Cr使合金具有較好的抗高溫氧化性能，但合金的熱膨脹系數相對偏高，改型合金通過適當降低Cr含量，提高Al含量并添加了微量B的方法降低了合金的熱膨脹系數，使合金的熱膨脹系數與GH909相當，Cr、Al聯合作用仍能使合金保持與標準合金相當的抗氧化性能，力學性能保持較高的水平。合金長期在高溫環境下工作，其組織的穩定性及其力學性能的變化對發動機的安全、性能及發動機的壽命均有重要的影響，本文研究了高溫長期時效過程中，改型合金組織與性能的變化及其對性能的影響，并與標準合金進行對比，為改型合金的應用提供實驗依據。采用真空感應爐用相同的工藝冶煉2爐10kg的合金錠。改型合金保持標準合金其他元素含量不變，Cr含量由5.5% 降低到3.0%，Al含量由0.45增加到1.5%，并加入了0.5%B。鑄錠經1160℃×20h均勻化處理后，采用相同的鍛造工藝，控制相同的鍛造條件，鍛成16mm×16mm的方料，并對鍛棒進行標準熱處理：1093℃×1h，空冷，720℃×8h，以55℃/h爐冷至620℃，620℃×8h，空冷。熱處理后的試樣分別在650和680℃保溫1000h，空冷，測試時效1000h后合金在650℃/600 MPa和680℃/600MPa的持久性能。掃描電鏡觀察合金650℃和680℃長期時效過程中的組織演變，分析合金時效1000h后650℃/600MPa持久斷口形貌。試驗結果表明：（1）合金在650℃時效1000h后，標準合金組織發生粗化，改型合金組織無顯著變化，改型合金在650℃具有更高的組織熱穩定性。（2）合金在650℃時效1000h后，合金650℃/600MPa持久性能均有所降低，而改型合金的降低幅度小，持久壽命比標準合金高109h。（3）合金在680℃時效500h時，標準合金組織發生明顯粗化，改型Thermo-Span組織無顯著變化，時效1000h時，標準合金的組織已完全粗化，晶內和晶界Laves析出相沿垂直方向長大，形成魏氏組織，大大降低合金的持久性能，而改型合金只有局部發生了粗化現象，且粗化不明顯，其持久性能是標準合金的5倍。