耐高溫合金材料采用化學(xué)法生產(chǎn)有什么好處
耐高溫合金材料采用化學(xué)法又稱孕育劑法、添加劑法等。化學(xué)法晶粒細(xì)化的原理是向液態(tài)高溫合金中加入大量的形核能力很強(qiáng)的異質(zhì)晶核，增加結(jié)晶的形核率，達(dá)到細(xì)化高溫合金鑄造晶粒的目的。加入的晶粒細(xì)化劑應(yīng)具有如下主要特點(diǎn)，即穩(wěn)定性非常好，熔點(diǎn)高，不溶解進(jìn)入高溫合金溶體，或者添加劑加入液態(tài)高溫合金中，其中某元素與鋼液反應(yīng)形成穩(wěn)定的異質(zhì)核心；其次異質(zhì)形核劑顆粒與固相之間存在良好的晶格匹配關(guān)系，從而使固相顆粒與將要凝固的固相間的潤濕角很小。
為了提高耐高溫合金材料抗熱腐蝕鑄造高溫合金疲勞性能和抗裂紋擴(kuò)展能力，采用添加劑法細(xì)化晶粒組織。在真空爐內(nèi)熔化耐高溫合金材料合金后，分別加入Ni3Al、Ni2Al3、ZrC、NbC和B等五種孕育劑，并澆注成38mm圓柱，結(jié)果表明對耐高溫合金材料晶粒細(xì)化效果由好到差的順序是Ni2Al3、B、NbC、ZrC和Ni3Al。采用高的澆注溫度和低的模溫，添加Ni2Al3，晶粒度平均達(dá)ASTM 11~12級。晶粒細(xì)化后的疲勞性能明顯提高，例如700℃，450MPa的低周疲勞斷裂循環(huán)周次由粗晶粒的3494~6531次提高到細(xì)晶的9782~12749次，提高2~3倍。
耐高溫合金材料采用孕育劑法細(xì)化鑄件表層晶粒收到了良好效果。用高溫合金生產(chǎn)渦輪空心葉片時(shí)，將CoO粉涂在模殼內(nèi)表面，當(dāng)澆注葉片時(shí)，葉片表面由于存在大量異質(zhì)晶核，而使表層晶粒細(xì)化，細(xì)化層約2mm。氧化鈷在鑄造過程中被合金中活潑元素如Al、Ti等還原，在耐高溫合金材料的表面上生成金屬鈷。鈷不但與鑄件基體相晶型相同，而且晶格常數(shù)相近，因而潤濕角最小，所以細(xì)化效果良好，疲勞強(qiáng)度明顯改善，700℃，107周高周疲勞強(qiáng)度由280MPa提高到300MPa。
耐高溫合金材料采用Co2O3＋Al2O3粉，經(jīng)1300℃焙燒后，變?yōu)樘m色粉末，球磨過篩(+80，-120目)后，以1︰3.5的硅熔膠或硅酸乙脂和焙燒粉制成涂料，涂在臘型上，然后制成模殼，燒注K444合金試樣，經(jīng)低倍腐蝕，發(fā)現(xiàn)細(xì)化效果良好，平均晶粒尺寸2~3mm。其機(jī)理為Co2O3與Al2O3在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在模殼內(nèi)表面形成穩(wěn)定的CoAl2O4，起異質(zhì)結(jié)晶核心作用，增加形核率，從而獲得細(xì)小等軸晶，這種方法在國內(nèi)正廣泛應(yīng)用。
