所謂雙相不銹鋼是在其固淬組織中鐵素體相與奧氏體相各占一半,一般少相的含量也需要達到30%。
由于兩相組織的特點,通過正確控制化學成分和熱處理工藝,使DSS(Duplex Stainless Steel,簡稱DSS),兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點。
與奧氏體不銹鋼相比,雙相不銹鋼的優(yōu)勢如下:
⑴屈服強度比普通奧氏體不銹鋼高一倍多,且具有成型需要的足夠的塑韌性。采用雙相不銹鋼制造儲罐或壓力容器的壁厚要比常用的奧氏體減少30-50%,有利于降低成本。
⑵具有優(yōu)異的耐應力腐蝕破裂的能力,即使是含合金量 的雙相不銹鋼也有比奧氏體不銹鋼更高的耐應力腐蝕破裂的能力,尤其在含氯離子的環(huán)境中。應力腐蝕是普通奧氏體不銹鋼難以解決的突出問題。
⑶在許多介質(zhì)中應用普遍的2205雙相不銹鋼的耐腐蝕性優(yōu)于普通的316L奧氏體不銹鋼,而超級雙相不銹鋼具有極高的耐腐蝕性,在一些介質(zhì)中,如醋酸,甲酸等甚至可以取代高合金奧氏體不銹鋼,乃至耐蝕合金。
⑷具有良好的耐局部腐蝕性能,與合金含量相當?shù)膴W氏體不銹鋼相比,它的耐磨損腐蝕和疲勞腐蝕性能都優(yōu)于奧氏體不銹鋼。
⑸比奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)低,和碳鋼接近,適合與碳鋼連接,具有重要的工程意義,如生產(chǎn)復合板或襯里等。
⑹不論在動載或靜載條件下,比奧氏體不銹鋼具有更高的能量吸收能力,這對結構件應付突發(fā)事故如沖撞,爆炸等,雙相不銹鋼優(yōu)勢明顯,有實際應用價值。
與奧氏體不銹鋼相比,雙相不銹鋼的弱勢如下:
⑴應用的普遍性與多面性不如奧氏體不銹鋼,例如其使用溫度必須控制在250攝氏度以下。
⑵其塑韌性較奧氏體不銹鋼低,冷,熱加工工藝和成型性能不如奧氏體不銹鋼。
⑶存在中溫脆性區(qū),需要嚴格控制熱處理和焊接的工藝制度,以避免有害相的出現(xiàn),損害性能。
與鐵素體不銹鋼相比,雙相不銹鋼的優(yōu)勢如下:
⑴綜合力學性能比鐵素體不銹鋼好,尤其是塑韌性,不象鐵素體不銹鋼那樣對脆性敏感。
⑵除耐應力腐蝕性能外,其他耐局部腐蝕性能都優(yōu)于鐵素體不銹鋼。
⑶冷加工工藝性能和冷成型性能遠優(yōu)于鐵素體不銹鋼。
⑷焊接性能也遠優(yōu)于鐵素體不銹鋼,一般焊前不需預熱,焊后不需熱處理。
⑸應用范圍較鐵素體不銹鋼寬。與鐵素體不銹鋼相比,雙相不銹鋼的弱勢如下:合金元素含量高,價格相對高,一般鐵素體不含鎳。
綜上所述,可以概括地看出DSS的使用性能和工藝性能的樣貌,它以其優(yōu)越的力學與耐腐蝕綜合性能贏得了使用者的青睞,已成為既節(jié)省重量又節(jié)省投資的優(yōu)良的耐蝕工程材料。
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變形合金和部分鑄造合金需進行熱處理,包括固溶處理、中間處理和時效處理,以Udmet 500合金為例,它的熱處理制度分為四段:固溶處理,1175℃,2小時,空冷;中間處理,1080℃,4小時,空冷;一次時效處理,843℃,24小時,空冷;二次時效處理,760℃,16小時,空冷。以獲得所要求的組織狀態(tài)和良好的綜合性能。
渦 是航空發(fā)動機上一個十分重要的關鍵零件。渦 工作溫度雖然比葉片低,但工作環(huán)境異常復雜,且在輪心、輪緣、榫齒、槽底和腹板等各部位所受應力、溫度、介質(zhì)作用程度都不同。因此,對渦 材料性能提出如下典型要求:高的屈服強度;足夠的塑性儲備;足夠的蠕變、持久強度和塑性;高的疲勞強度和低周疲勞性能;良好的耐腐蝕性、組織穩(wěn)定性與可加工性。一句話,材料的綜合性能要好。
渦 用材料大部分是沉淀強化的鐵基或鎳基變形高溫合金,一些盤件開始采用粉末高溫合金制備,但是從制備工序、成本等角度考慮,粉末高溫合金渦 無法替代變形高溫合金渦 。 [1]
航空發(fā)動機用的機匣、轉(zhuǎn)子封嚴環(huán)和蜂窩環(huán)零件國內(nèi)外較多地采用低膨脹高溫合金制備。低膨脹合金是發(fā)動機實現(xiàn)間隙控制技術,減少燃氣損失和提高熱效率不可替代的功能結構材料。低膨脹高溫合金的特點是綜合性能好、強度較高、膨脹系數(shù)低、彈性模量幾乎恒定,在約380℃(居里點)以下至室溫,合金熱膨脹系數(shù)幾乎為常量。因此,采用低膨脹高溫合金制備的壓氣機匣在飛機巡航飛行時,有利于間隙的封嚴,提高壓氣效率,加大推力。我國研制的低膨脹高溫合金主要有GH2907、GH2909、GH4783等。我國新研制的GH4783是一種抗氧化新型低膨脹高溫合金,膨脹系數(shù)比GH4169合金低20%,密度比GH4169低20%,只有7.789/cm3,工作溫度可達750℃。對應的美國牌號的Inconel783合金已被用作F-22戰(zhàn)斗機用發(fā)動機F119-PW的各種環(huán)形件。
我國應用的板材變形合金主要有20多個牌號。它們的共同特點是塑性好,具有中等強度,焊接性能優(yōu)異,還有較好的抗氧化和抗腐蝕性能。主要用于制作發(fā)動機動力裝置的燃燒室、加力燃燒室、飛機機尾罩、導流罩、襯筒和軍用衛(wèi)星毛細管等。航空發(fā)動機燃燒室零件大多采用固溶強化合金制造。近期,發(fā)動機生產(chǎn)中為了減輕結構重量,采用時效強化的板材合金來制造燃燒室零件,取得了良好效果。采用時效強化的變形高溫合金制造加力燃燒室殼體,可大幅度減輕發(fā)動機重量,但其成形和焊接比固溶強化合金要困難。
此外,在航空發(fā)動機中,變形高溫合金還用于制備渦輪軸、渦輪葉片等。隨著先進航空發(fā)動機推重比的進一步提高,燃燒室入口溫度和出口溫度大幅提高,必須采用耐更高溫度的新合金材料。需求牽引。因此,變形高溫合金必須加大研究力度,進一步提高性能,滿足我國先進航空發(fā)動機的研制需要。 [1]
發(fā)展前景編輯
變形高溫合金不但是我國生產(chǎn)和研制新型航空發(fā)動機需要的重要材料,而且在艦船制造、工業(yè)燃氣輪機、航天飛行器、火箭發(fā)動機、核反應堆和化學工業(yè)等領域應用廣泛,是一種十分重要的高溫材料。當前,變形高溫合金總體上向承溫更高、精密成形和低成本方向發(fā)展。通過不斷挖掘合金潛力,采用新技術、新工藝,可大幅提高變形高溫合金材料的質(zhì)量和性能,滿足我國先進航空發(fā)動機的需求。須加大研究力度,進一步提高性能,滿足我國先進航空發(fā)動機的研制需要。 [2]
自1956年爐高溫合金GH3030試煉成功,迄今為止,我國高溫合金的研究、生產(chǎn)和應用已歷經(jīng)60年的發(fā)展歷程。60年的高溫合金發(fā)展可以分為三個階段。
個階段:從1956年至20世紀70年代初是我國高溫合金的創(chuàng)業(yè)和起始階段。本階段主要是仿制前蘇聯(lián)高溫合金為主體的合金系列,如:GH4033,GH4049,GH2036,GH3030,K401和K403等。
第二個階段:從20世紀70年代中至90年代中期,是我國高溫合金的提高階段。主階段主要試制歐美型號的發(fā)動機,提高高溫合金生產(chǎn)工藝技術和產(chǎn)品質(zhì)量控制。
第三階段:從20世紀90年代中至今,是我國高溫合金的全新發(fā)展階段。本階段主要是應用和開發(fā)了一批新工藝,研制和生產(chǎn)了一系列高性能、次的新合金。
目前,我國的高溫合金研究主要研究單位是鋼鐵研究總院、北京航空材料研究院、中國科學院金屬研究所、北京科技大學、東北大學、西北工業(yè)大學等,主要生產(chǎn)企業(yè)有:中航工業(yè)、鋼研高納、煉石有色、撫順特鋼、高鋼特鋼和第二重型機械集團萬航模鍛廠(二重)等。在此基礎上,我國已具備了高溫合金新材料、新工藝自主研發(fā)和研究的能力。
雖然高溫金屬合金材料在我國已發(fā)展近60年,但行業(yè)發(fā)展仍處于成長期。由于高溫金屬合金材料領域具有較高技術含量,該行業(yè)企業(yè)擁有較深護城河。我國高溫金屬合金每年需求量在2萬噸以上,國內(nèi)年生產(chǎn)量在1萬噸左右,市場容量超過80億元,其中進口占比較大。未來20年我國各類軍機采購需求在2800架左右,民用飛機采購數(shù)量在5400架左右,對應的高溫合金需求在1500億以上,再加上500億的燃氣輪機需求,僅高溫合金空間一項就有2000億的市場空間即將打開。
我國目前的生產(chǎn)能力與需求相比存在兩個缺口:(1)生產(chǎn)能力不足。目前我國高溫合金生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量有限,生產(chǎn)能力與需求之間存在較大缺口,在燃氣輪機、核電等領域的高溫合金主要還依賴進口。(2)高端產(chǎn)品難以滿足應用需求。我國的高溫合金生產(chǎn)水平與美國、俄羅斯等國有著較大差距,隨著我國研制更高性能的航空航天發(fā)動機,高溫合金材料在供應上存在無法滿足應用需求的現(xiàn)象 [1] 。