镍基高温合金及其切削加工(1.4958高温合金成分性能)
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镍基高温合金及其切削加工
许多需要“上天入地”的金属零部件必须在高温、高压的严酷环境中工作。
零件设计者通常将此类零件统称为耐热超级合金(hrsa)零件。
这些高温合金又可进一步细分为镍基合金、铁基合金和钴基合金。
高温合金在780℃以上的高温环境中仍具有良好的机械强度和保持表面性能不下降的能力。
这是因为高温合金具有很高的抗拉伸强度、抗蠕变破裂强度和抗疲劳强度，以及良好的延展性和韧性，其抗氧化能力和耐热腐蚀性能也十分优异。
与其他高温合金相比，铁基高温合金的成本较低，但其可添加的合金元素较少，有利的机械特性较为逊色，使用温度的上限值也较低。
钴基高温合金的成本比其他高温合金高得多，而且通常无法进行时效硬化，以获得更高强度。
不过，钴是镍基高温合金中添加的一种重要合金元素，因为它能通过降低时效硬化相的溶解度，来提高镍基合金的最高使用温度。
本文主要介绍镍基合金的应用领域、镍和所添加其他合金元素的特性、有效切削加工镍基合金的刀具与技术，以及选择合适工件材料时需要考虑的成本因素。
钴镍合金具有磁场屏蔽能力，因此往往用于制造零部件的屏蔽壳和屏蔽容器。
而铜镍合金具有极佳的耐腐蚀性，因此非常适合制造熏蒸喷涂设备的各种零件。
由于某些镍基合金兼具优异的强度、韧性和环境耐受能力，因此也适用于其他一些常温应用(如制造医用人体植入件)。
虽然大部分高温镍基合金的含镍量都在50%以上，但也有一些合金的含镍量低于50%。
例如，pyrometa-286合金的含镍量只有25%，但仍被认为是一种高温合金。
在某些应用中，镍基合金的硬度和电气性能会随着含镍量的增加而提高，这对于熔断器或分流器的应用十分有利。
含碳量较低的镍201具有与镍200类似的抗腐蚀性，是应用于高温(315℃以上)环境的首选工程材料。
添加一些具有大原子直径的耐热元素(如钼、钨和铌)，可以通过镍/铁基合金的基体应变，提高材料的高温强度和刚度。
添加其他合金元素(如铬和铝)也有助于促进固溶强化，但贡献度相对较小。
图1用真空电弧重熔炉去除初级冶炼镍锭中的杂质(鼠标悬浮窗口放大，单击查看放大全图)。
必须严格控制许多其他元素(包括硅、磷、硫、氧、氮)和各种杂质元素(如铅、铋和硒)在高温合金中的含量，以避免对材料的高温性能产生不利影响。
在熔炼之前选择原料时，以及在熔炼和重熔过程中，都必须对这些微量杂质元素进行严格控制。
切削加工指南加工高温合金时，会出现多种刀具磨损机制，其中会对切屑形成造成不利影响的两种主要磨损机制是积屑瘤和因为工件表面容易冷作硬化而造成的沟槽磨损(也称为切深处磨损或刻划磨损)。
采用具有正切削角和强化几何形状的圆刀片，可以最大限度地减小发生在主切削刃和副切削刃上的积屑瘤和沟槽磨损。
用圆刀片加工镍基合金时，可以根据所选切深量的大小，通过改变主偏角/前置角，来避开沟槽磨损区。
应该避免使用典型的cnmg刀片来加工高温合金，因为这种刀片会形成95的主偏角，从而加剧刀片的沟槽磨损。
1.4958高温合金成分性能
牌号DIN:X5NiCrAlTi31-20。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。
镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。
但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。
它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。
在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。
11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。
在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。
13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。
钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。
铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。
铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
17、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。
镍基单晶高温合金微观结构研究.pdf
．．铸造技术．镍基单晶高温合金微观结构研究庞通’．广西大学，广西南宁；．广西机电职业技术学院，广西南宁摘要：以．．．非晶箔带为中间层，采用瞬态液相连接工艺对镍基单晶高温合金进行连接。
采用电子扫描显微镜、光学显微镜、透射电子显微镜对液相连接接头的组织形貌进行分析观察，利用电子散射衍射仪对连接区和基体的结晶取向进行观测。
结果表明，接头主要由基体金属区、基体／中间层金属界面扩散区和连接区组成，扩散区的主要组织为细微颗粒；连接区则是和的共晶相。
关键词：连接；组织结构；结晶学取向；单晶合金中图分类号：；．文献标识码：文章编号：．．．，，；．，，：一一．，．，，．，／，，≈，．：；；；目前，航空航天发动机用叶片主要采用镍基单合金，其中间层合金为．．．非晶箔带。
其空心型腔随叶片冷却方式的发展趋过接头硼化物的成形分析，对接头的微观组织结构于复杂。
因此．在制造复杂结构叶片过程中如何去进行了研究，并采用电子背散射衍射探讨了基体材除型芯成为工程难题。
为此，研究者设计了组合式料和瞬态液相接头。
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