產品詳情
Sblite合金套筒Sblite合金是一種能耐各種類型磨損和腐蝕以及高溫氧化的硬質合金，在我國翻譯成司太立合金，即通常所說的鈷基合金，Sblite合金由美國人Elwood Hayness 于1907年發(fā)明。Sblite合金是以鈷作為主要成分，含有相當數(shù)量的鎳、鉻、鎢和少量的鉬、鈮、鉭、鈦、鑭等合金元素，偶爾也還含有鐵的一類合金。根據(jù)合金中成分不同，它們可以制成焊絲，粉末用于硬面堆焊，熱噴涂、噴焊等工藝，也可以制成鑄鍛件和粉末冶金件。
Sblite合金的發(fā)展
20世紀30年代末期，由于活塞式航空發(fā)動機用渦輪增壓器的需要，開始研制鈷基高溫合金。1942年﹐美國首先用牙科金屬材料Vitallium (Co-27Cr-5Mo-0.5Ti)制作渦輪增壓器葉片取得成功。在使用過程中這種合金不斷析出碳化物相而變脆。因此﹐把合金的含碳量降至0.3%，同時添加2.6%的鎳，以提高碳化物形成元素在基體中的溶解度，這樣就發(fā)展成為HA-21合金。40年代末，X-40和HA-21制作航空噴氣發(fā)動機和渦輪增壓器鑄造渦輪葉片和導向葉片，其工作溫度可達850-870℃。1953年出現(xiàn)的用作鍛造渦輪葉片的S-816，是用多種難熔元素固溶強化的合金。從50年代后期到60年代末，美國曾廣泛使用過4種鑄造Sblite合金：WI-52，X-45，Mar-M509和FSX-414。變形Sblite合金多為板材，如L-605用于制作燃燒室和導管。1966年出現(xiàn)的HA-188，因其中含鑭而改善了抗氧化性能。蘇聯(lián)用于制作導向葉片的Sblite合金∏K4﹐相當于HA-21。Sblite合金的發(fā)展應考慮鈷的資源情況。鈷是一種重要戰(zhàn)略資源，世界上大多數(shù)國家缺鈷，以致Sblite合金的發(fā)展受到限制。
Sblite合金性能特點
一般鈷基高溫合金缺少共格的強化相，雖然中溫強度低(只有鎳基合金的50-75%)，但在高于980℃時具有較高的強度、良好的抗熱疲勞、抗熱腐蝕和耐磨蝕性能，且有較好的焊接性。適于制作航空噴氣發(fā)動機、工業(yè)燃氣輪機、艦船燃氣輪機的導向葉片和噴嘴導葉以及柴油機噴嘴等。
碳化物強化相 鈷基高溫合金中最主要的碳化物是 MC，M23C6和M6C在鑄造Sblite合金中，M23C6是緩慢冷卻時在晶界和枝晶間析出的。在有些合金中，細小的M23C6能與基體γ形成共晶體。MC碳化物顆粒過大，不能對位錯直接產生顯著的影響，因而對合金的強化效果不明顯，而細小彌散的碳化物則有良好的強化作用。位于晶界上的碳化物(主要是M23C6)能阻止晶界滑移，從而改善持久強度，鈷基高溫合金HA-31(X-40)的顯微組織為彌散的強化相為 (CoCrW)6 C型碳化物。
在某些Sblite合金中會出現(xiàn)的拓撲密排相如西格瑪相和Laves等是有害的，會使合金變脆。Sblite合金較少使用金屬間化合物進行強化，因為Co3 (Ti﹐Al)﹑Co3Ta等在高溫下不夠穩(wěn)定，但近年來使用金屬間化合物進行強化的Sblite合金也有所發(fā)展。
Sblite合金中碳化物的熱穩(wěn)定性較好。溫度上升時﹐碳化物集聚長大速度比鎳基合金中的γ相長大速度要慢，重新回溶于基體的溫度也較高(可達1100℃)，因此在溫度上升時﹐Sblite合金的強度下降一般比較緩慢。
Sblite合金有很好的抗熱腐蝕性能， 一般認為，Sblite合金在這方面優(yōu)于鎳基合金的原因，是鈷的硫化物熔點(如Co-Co4S3共晶，877℃)比鎳的硫化物熔點(如Ni-Ni3S2共晶645℃)高，并且硫在鈷中的擴散率比在鎳中低得多。而且由于大多數(shù)Sblite合金含鉻量比鎳基合金高，所以在合金表面能形成抵抗堿金屬硫酸鹽(如Na2SO4腐蝕的Cr2O3保護層)。但Sblite合金抗氧化能力通常比鎳基合金低得多。
Sblite合金的生產手段
早期的Sblite合金用非真空冶煉和鑄造工藝生產。后來研制成的合金，如Mar-M509合金，因含有較多的活性元素鋯、硼等，用真空冶煉和真空鑄造生產。
Sblite合金中的碳化物顆粒的大小和分布以及晶粒尺寸對鑄造工藝很敏感，為使鑄造Sblite合金部件達到所要求的持久強度和熱疲勞性能，必須控制鑄造工藝參數(shù)。Sblite合金需進行熱處理，主要是控制碳化物的析出。對鑄造Sblite合金而言，首先進行高溫固溶處理，溫度通常為1150℃左右，使所有的一次碳化物，包括部分MC型碳化物溶入固溶體；然后再在870-980℃進行時效處理，使碳化物(最常見的為M23C6)重新析出。
Sblite合金的堆焊
Sblite堆焊合金含鉻25-33%，含鎢3-21%，含碳0.7-3.0%。，隨著含碳量的增加，其金相組織從亞共晶的奧氏體+M7C3型共晶變成過共晶的M7C3型初生碳化物+ M7C3型共晶。含碳越多，初生M7C3越多，宏觀硬度加大，抗磨料磨損性能提高，但耐沖擊能力，焊接性，機加工性能都會下降。被鉻和鎢合金化的Sblite合金具有很好的抗氧化性，抗腐蝕性和耐熱性。在650℃仍能保持較高的硬度和強度，這是該類合金區(qū)別于鎳基和鐵基合金的重要特點。Sblite合金機加工后表面粗糙度低，具有高的抗擦傷能力和低的摩擦系數(shù)，也適用于粘著磨損，尤其在滑動和接觸的閥門密封面上。但在高應力磨料磨損時，含碳低的鈷鉻鎢合金耐磨性還不如低碳鋼，因此，價格昂貴的Sblite合金的選用，必須有專業(yè)人士的指導，才能發(fā)揮材料的最大潛力。
國外還有用鉻，鉬合金化的含Laves相的Sblite堆焊合金，如Co-28Mo-17Cr-3Si和Co-28Mo-8Cr-2Si。由于Laves相比碳化物硬度低，在金屬摩擦付中與之配對的材料磨損較小。
Sblite合金的耐磨損性能
合金工件的磨損在很大程度上受其表面的接觸應力或沖擊應力的影響。在應力作用下表面磨損隨位錯流動和接觸表面的互相作用特征而定。對于Sblite合金來說，這種特征與基體具有較低的層錯能及基體組織在應力作用或溫度影響下由面心立方轉變?yōu)榱矫芘啪w結構有關，具有六方密排晶體結構的金屬材料，耐磨性是較優(yōu)的。此外，合金的第二相如碳化物的含量、形態(tài)和分布對耐磨性也有影響。由于鉻、鎢和鉬的合金碳化物分布于富鈷的基體中以及部分鉻、鎢和鉬原子固溶于基體，使合金得到強化，從而改善耐磨性。在鑄造Sblite合金中，碳化物顆粒尺寸與冷卻速度有關，冷卻快則碳化物顆粒比較細。砂型鑄造時合金的硬度較低，碳化物顆粒也較粗大，這種狀態(tài)下，合金的磨料磨損耐磨性明顯優(yōu)于石墨型鑄造（碳化物顆粒較細），而粘著磨損耐磨性兩者沒有明顯差異，說明粗大的碳化物有利于改善抗磨料磨損能力。
司太立合金介紹
司太立合金由美國人Elwood Hayness 于1907年發(fā)明，司太立合金（Sblite）是一種非常耐腐蝕耐磨耐高溫以及高溫氧化的硬質合金，即通常所說的鈷鉻鎢（鉬）合金或鈷基合金。
司太立合金性能優(yōu)越，同時具有耐磨耐腐蝕耐高溫的特點，可生產各種產品，廣泛應用于石油化工，冶金，機械，木材切割，汽車，造紙及食品加工等行業(yè)。
發(fā)展過程
鎳基高溫合金(以下簡稱鎳基合金)是30年代后期開始研制的。英國于1941年首先生產出鎳基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；為了提高蠕變強度又添加鋁，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美國于40年代中期，蘇聯(lián)于40年代后期，中國于50年代中期也研制出鎳基合金。鎳基合金的發(fā)展包括兩個方面：合金成分的改進和生產工藝的革新。50年代初，真空熔煉技術的發(fā)展，為煉制含高鋁和鈦的鎳基合金創(chuàng)造了條件。初期的鎳基合金大都是變形合金。50年代后期，由于渦輪葉片工作溫度的提高，要求合金有更高的高溫強度，但是合金的強度高了，就難以變形，甚至不能變形，于是采用熔模精密鑄造工藝，發(fā)展出一系列具有良好高溫強度的鑄造合金。60年代中期發(fā)展出性能更好的定向結晶和單晶高溫合金以及粉末冶金高溫合金。為了滿足艦船和工業(yè)燃氣輪機的需要，60年代以來還發(fā)展出一批抗熱腐蝕性能較好、組織穩(wěn)定的高鉻鎳基合金。在從40年代初到70年代末大約40年的時間內，鎳基合金的工作溫度從 700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。
類別
變形高溫合金
變形高溫合金是指可以進行熱、冷變形加工，工作溫度范圍-253～1320℃，具有良好的力學性能和綜合的強、韌性指標，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金。按其熱處理工藝可分為固溶強化型合金和時效強化型合金。
固溶強化型合金
使用溫度范圍為900～1300℃，抗氧化溫度達1320℃。例如GH128合金，室溫拉伸強度為850MPa、屈服強度為350MPa；1000℃拉伸強度為140MPa、延伸率為85%,1000℃、30MPa應力的持久壽命為200小時、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發(fā)動機燃燒室、機匣等部件。
時效強化型合金
使用溫度為-253～950℃，一般用于制作航空、航天發(fā)動機的渦與葉片等結構件。制作渦的合金工作溫度為-253～700℃,要求具有良好的高低溫強度和抗疲勞性能。例如：GH4169合金，在650℃的屈服強度達1000MPa；制作葉片的合金溫度可達950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸強度為490MPa，940℃、200MPa的持久壽命大于40小時。
變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業(yè)提供結構鍛件、餅材、環(huán)件、棒材、板材、管材、帶材和絲材。
鑄造高溫合金
鑄造高溫合金是指可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金。
主要特點
1.具有更寬的成分范圍由于可不必兼顧其變形加工性能，合金的設計可以集慮優(yōu)化其使用性能。如對于鎳基高溫合金，可通過調整成分使γ’含量達60%或更高，從而在高達合金熔點85%的溫度下，合金仍能保持優(yōu)良性能。
2.具有更廣闊的應用領域由于鑄造方法具有的特殊優(yōu)點，可根據(jù)零件的使用需要，設計、制造出近終形或無余量的具有任意復雜結構和形狀的高溫合金鑄件。
根據(jù)鑄造合金的使用溫度，可以分為以下三類：
第一類：在-253～650℃使用的等軸晶鑄造高溫合金這類合金在很大的范圍溫度內具有良好的綜合性能，特別是在低溫下能保持強度和塑性均不下降。如在航空、航天發(fā)動機上用量較大的K4169合金，其650℃拉伸強度為1000MPa、屈服強度850MPa、拉伸塑性15%；650℃，620MPa應力下的持久壽命為200小時。已用于制作航空發(fā)動機中的擴壓器機匣及航天發(fā)動機中各種泵用復雜結構件等。
第二類：在650～950℃使用的等軸晶鑄造高溫合金這類合金在高溫下有較高的力學性能及抗熱腐蝕性能。例如K419合金，950℃時，拉伸強度大于700MPa、拉伸塑性大于6%；950℃，200小時的持久強度極限大于230MPa。這類合金適于用做航空發(fā)動機渦輪葉片、導向葉片及整鑄渦輪。
第三類：在950～1100℃使用的定向凝固柱晶和單晶高溫合金這類合金在此溫度范圍內具有優(yōu)良的綜合性能和抗氧化、抗熱腐蝕性能。例如DD402單晶合金，1100℃、130MPa的應力下持久壽命大于100小時。這是國內使用溫度的渦輪葉片材料，適用于制作新型高性能發(fā)動機的一級渦輪葉片。
隨著精密鑄造工藝技術的不斷提高，新的特殊工藝也不斷出現(xiàn)。細晶鑄造技術、定向凝固技術、復雜薄壁結構件的CA技術等都使鑄造高溫合金水平大大提高，應用范圍不斷提高。
粉末冶金高溫合金
采用霧化高溫合金粉末，經熱等靜壓成型或熱等靜壓后再經鍛造成型的生產工藝制造出高溫合金粉末的產品。采用粉末冶金工藝，由于粉末顆粒細小，冷卻速度快，從而成分均勻，無宏觀偏析，而且晶粒細小，熱加工性能好，金屬利用率高，成本低，尤其是合金的屈服強度和疲勞性能有較大的提高。
FGH95粉末冶金高溫合金，650℃拉伸強度1500MPa；1034MPa應力下持久壽命大于50小時，是當前在650℃工作條件下強度水平的一種盤件粉末冶金高溫合金。粉末冶金高溫合金可以滿足應力水平較高的發(fā)動機的使用要求,是高推重比發(fā)動機渦、壓氣機盤和渦輪擋板等高溫部件的選擇材料。
氧化物彌散強化(ODS)合金
是采用獨特的機械合金化(MA)工藝，超細的(小于50nm)在高溫下具有超穩(wěn)定的氧化物彌散強化相均勻地分散于合金基體中，而形成的一種特殊的高溫合金。其合金強度在接近合金本身熔點的條件下仍可維持，具有優(yōu)良的高溫蠕變性能、優(yōu)越的高溫抗氧化性能、抗碳、硫腐蝕性能。
目前已實現(xiàn)商業(yè)化生產的主要有三種ODS合金：
MA956合金在氧化氣氛下使用溫度可達1350℃，居高溫合金抗氧化、抗碳、硫腐蝕之首位?？捎糜诤娇瞻l(fā)動機燃燒室內襯。
MA754合金在氧化氣氛下使用溫度可達1250℃并保持相當高的高溫強度、耐中堿玻璃腐蝕?，F(xiàn)已用于制作航空發(fā)動機導向器蓖齒環(huán)和導向葉片。
MA6000合金在1100℃拉伸強度為222MPa、屈服強度為192MPa；1100℃，1000小時持久強度為127MPa，居高溫合金之首位，可用于航空發(fā)動機葉片。
金屬間化合物高溫材料
金屬間化合物高溫材料是近期研究開發(fā)的一類有重要應用前景的、輕比重高溫材料。十幾年來，對金屬間化合物的基礎性研究、合金設計、工藝流程的開發(fā)以及應用研究已經成熟，尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制備加工技術、韌化和強化、力學性能以及應用研究方面取得了令人矚目的成就。
Ti3Al基合金(TAC-1)，TiAl基合金(TAC-2)以及Ti2AlNb基合金具有低密度(3.8～5.8g/cm3)、高溫高強度、高鋼度以及優(yōu)異的抗氧化、抗蠕變等優(yōu)點，可以使結構件減重35～50%。Ni3Al基合金，MX-246具有很好的耐腐蝕、耐磨損和耐氣蝕性能，展示出極好的應用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蝕性能，在中溫(小于600℃)有較高強度，成本低，是一種可以部分取代不銹鋼的新材料。
環(huán)境高溫合金
在民用工業(yè)的很多領域，服役的構件材料都處于高溫的腐蝕環(huán)境中。為滿足市場需要，根據(jù)材料的使用環(huán)境，歸類出系列高溫合金。
1.高溫合金母合金系列
2.抗腐蝕高溫合金板、棒、絲、帶、管及鍛件
3.高強度、耐腐蝕高溫合金棒材、彈簧絲、焊絲、板、帶材、鍛件
4.耐玻璃腐蝕系列產品
5.環(huán)境耐蝕、硬表面耐磨高溫合金系列
6.特種精密鑄造零件(葉片、增壓渦輪、渦輪轉子、導向器、儀表接頭)
7.玻棉生產用離心器、高溫軸及輔件8、鋼坯加熱爐用鈷基合金耐熱墊塊和滑軌
8.閥門座圈
9.鑄造“U”形電阻帶
10.離心鑄管系列
11.納米材料系列產品
12.輕比重高溫結構材料
13.功能材料(膨脹合金、高溫高彈性合金、恒彈性合金系列)
14.生物醫(yī)學材料系列產品
15.電子工程用靶材系列產品
16.動力裝置噴嘴系列產品
17.司太立合金耐磨片
18.超高溫抗氧化腐蝕爐輥、輻射管。
成分和性能
鎳基合金是高溫合金中應用最廣、高溫強度的一類合金。其主要原因，一是鎳基合金中可以溶解較多合金元素，且能保持較好的組織穩(wěn)定性；二是可以形成共格有序的 A3B型金屬間化合物γ'[Ni3(Al，Ti)]相作為強化相，使合金得到有效的強化，獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強度；三是含鉻的鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗氧化和抗燃氣腐蝕能力。鎳基合金含有十多種元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蝕作用，其他元素主要起強化作用。根據(jù)它們的強化作用方式可分為：固溶強化元素，如鎢、鉬、鈷、鉻和釩等；沉淀強化元素，如鋁、鈦、鈮和鉭；晶界強化元素，如硼、鋯、鎂和稀土元素等。
鎳基高溫合金按強化方式有固溶強化型合金和沉淀強化型合金。
固溶強化型合金
具有一定的高溫強度，良好的抗氧化，抗熱腐蝕，抗冷、熱疲勞性能，并有良好的塑性和焊接性等，可用于制造工作溫度較高、承受應力不大(每平方毫米幾公斤力)的部件，如燃氣輪機的燃燒室。
沉淀強化型合金
通常綜合采用固溶強化、沉淀強化和晶界強化三種強化方式，因而具有良好的高溫蠕變強度、抗疲勞性能、抗氧化和抗熱腐蝕性能，可用于制作高溫下承受應力較高(每平方毫米十幾公斤力以上) 的部件，如燃氣輪機的渦輪葉片、等。
組織
鎳基合金的顯微組織特點及其發(fā)展情況，合金中除奧氏體基體外，還有在基體中弭散分布的γ'相，在晶界上的二次碳化物和在凝固時析出的一次碳化物和硼化物等。隨著合金化程度的提高，其顯微組織的變化有如下趨勢：γ'相數(shù)量逐漸增多，尺寸逐漸增大，并由球狀變成立方體，同一合金中出現(xiàn)尺寸和形態(tài)不相同的γ'相。在鑄造合金中還出現(xiàn)在凝固過程中形成的γ+γ'共晶，晶界析出不連續(xù)的顆粒狀碳化物并被γ'相薄膜所包圍，組織的這些變化改善了合金的性能。
現(xiàn)代鎳基合金的化學成分十分復雜，合金的飽和度很高，因此要求對每個合金元素(尤其是主要強化元素)的含量嚴加控制，否則會在使用過程中容易析出有害相，如σ、μ相，損害合金的強度和韌性。在鎳基鑄造高溫合金中發(fā)展出了定向結晶渦輪葉片和單晶渦輪葉片。
定向結晶葉片消除了對空洞和裂紋敏感的橫向晶界，使全部晶界平行于應力軸方向，從而改善了合金的使用性能。單晶葉片消除了全部晶界，不必加入晶界強化元素，使合金的初熔溫度相對升高，從而提高了合金的高溫強度，并進一步改善了合金的綜合性能。
生產工藝
鎳基合金，特別是沉淀強化型合金含有較高的鋁、鈦等合金元素。通常采用真空感應爐熔煉，并經真空自耗爐或電渣爐重熔。熱加工采用鍛造、軋制工藝，對于高合金化合金，由于熱塑性差，則采用擠壓開坯后軋制或用軟鋼(或不銹鋼)包套直接擠壓工藝。鑄造合金通常用真空感應爐熔煉母合金，并用真空重熔-精密鑄造法制成零件。
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。
