一、高温合金的概念、原理和分类
高温合金一般是指能在600~1200℃的高温下抗痒化、抗腐蚀、抗蠕变,并能在较高的机械应力效果下长期作业的合金资料。
高温合金强调的不是耐受温度指标,耐受温度比高温合金高的资料有很多,比如难熔合金、陶瓷及碳碳复合资料等。高温合金底子的特性在于必定温度下所具有的高强度。以一般的修建用钢材为例,它在室温下强度---,但在修建焚烧时强度会急剧下降,从而导致修建坍塌。高温合金的长处是,在600~1200℃的高温下,它仍然能坚持---的强度和硬度以接受较高的载荷。因而俄罗斯将其称为热强合金,而欧美称之为超合金(superalloy)。
一般钢材含有十多种化学元素,而高温合金一般含有---30-40种元素,高温合金之所以能在高温下坚持较高的强度和硬度首要原因在于这些元素在安排中发挥着强化金属功能的效果。
高温合金的分类有多种:1)按制造工艺分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温冶金三类。2)按合金的首要元素分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金三类。3)按强化办法分为固溶强化、时效强化、氧化物弥散强化和晶界强化等。
以工艺分类来看,变形高温合金运用规划广,占比达70%,其次是铸造高温合金,占比20%。以合金首要元素来看,镍基高温合金运用规划广,占比达80%,其次为镍-铁基,占比14.3%,钴基占比少,占比5.7%。
二、高温合金展开进程及概略
高温合金早诞生于20世纪初期的美国,被用作车站的防腐支架。从开端,高温合金的研发进入了高速展开时期,镍基高温合金、钴基高温合金、铁基高温合金纷纷研发成功,并大量运用。现在镍基高温合金是现代航空发起机、航天器和火箭发起机以及舰船和工业燃气轮机的要害热端部件资料(如涡轮叶片、导向器叶片、涡---、焚烧室等),也是核---、化工设备、煤转化技能等方面需求的重要高温结构资料。
高温合金的展开首要阅历了几个阶段:二十世纪40时代以前提出概念,40-50时代实现在喷气发起机的运用,50-60时代在真空熔炼技能取得重大进展,60-70时代会集在合金化方面,70时代后首要在工艺研讨方面,定向凝结、单晶合金、粉末冶金、机械合金化和陶瓷过滤等新工艺成为高温合金展开的首要动力,其间定向凝结工艺制备的单晶合金尤为重要,在航空发起机涡轮叶片中运用尤为广泛。二十世纪80时代以来,---广泛展开数值模仿研讨,取得了重要进展,并在此基础上展开了显微安排及冶金缺点猜测研讨。
三、镍基高温合金
在整个高温合金领域中,镍基高温合金占有---重要的---,与铁基和钴基合金比较,镍基合金具有---的高温功能、---的抗痒化和抗腐蚀功能。镍基高温合金是高温合金中运用广、高温强度蕞高的一类合金。其首要原因,一是镍基合金中能够溶解较多合金元素,且能坚持较好的安排安稳性;二是能够构成共格有序的a3b型金属间化合物[ni3(al,ti)]相作为强化相,使合金得到有用强化,获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度;三是含铬的镍基高温合金具有比铁基高温合金---的抗痒化和抗燃气腐蚀才能。能够说,镍基高温合金的展开决定了航空涡轮发起机的展开,也决定了航空工业的展开。选用定向凝结技能制备出的镍基单晶合金,其运用温度已接近合金熔点的90%,成为今世---航空发起机热端部件不行替代的重要结构资料。
镍基高温合金含有十多种元素,增加合金元素对高温合金的功能起要害的效果。以铸造镍基高温合金为例,铸造镍基高温合金以γ相为基体,增加铝、钛、铌、钽等构成γ’相进行强化,γ’相数量较多,有的合金---60%;参加钴元素能前进γ’相溶解温度,前进合金的运用温度;钼、钨、铬具有强化固溶体的效果,铬、钼、钽还能构成一系列对晶界发生强化效果的碳化物;铝、铬有助于抗痒化才能,但铬下降γ’相的溶解度和高温强度,因而铬含量应低些;铪改进合金中温塑性和强度;为了强化晶界,增加适量的硼、锆等元素。研讨标明,gmr235铸态合金的含碳量为0.18%时,高温耐久寿数和抗拉强度蕞大,且具有较好的塑性,增加硼和锆的合金耐久性明显改进,合金的枝晶距离削减,碳化物的析出量削减且碳化物颗粒细化,从而改进各方面功能。
镍基高温合金是20世纪30时代后期开端研发的。英国于1941年首先出产出镍基高温合金nimonic75;为了前进蠕变性又增加了铝,研发出nimonic80。美国于40时代中期,苏联于40时代后期,旋风切削螺纹刀片,我国于50时代中期也研发出镍基合金。
镍基合金的展开包含两个方面:合金成分的改进和出产工艺的改造。50时代初,真空熔炼技能的展开,为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50时代后期,因为涡轮叶片作业温度的前进,要求合金有更高的高温温度,可是合金的强度高了,就难以变形,螺纹刀片加工精度,乃至不能变形,于是选用熔模精细铸造工艺,展开出一系列具有---高温强度的铸造合金。60时代中期展开出功能---的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满意舰船和工业燃气轮机的需求,60时代以来还展开出一批抗热腐蚀功能较好、安排安稳的高铬镍基合金。在从40时代初到70时代末大约40年的时间内,镍基合金的作业温度从700℃前进到1100℃,平均每年前进10°c左右。
镍基高温合金按照制造工艺,可分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金。
3.1 变形高温合金
变形高温合金是高温合金中运用广的一类,占比到达70%。变形高温合金首要选用常规的锻、轧和揉捏等冷、热变形手段加工成材。我国镍基变形高温合金以拼音字母gh加序号表明,如gh4169、gh141等。
变形高温合金塑性较低,变形抗力大,运用一般的热加工手段变形有必定困难,因而需求采纳钢锭直接轧制、钢锭包套直接轧制和包套墩饼等新工艺来加工,也选用加镁微合金化和弯曲晶界热处理工艺来前进塑性。
变形高温合金在航空发起机中至今仍然是首要用材。其间gh4169在我国航空发起机中已得到广泛运用,被称为高温合金中的。其材质水平和加工工艺水平近年来得到明显前进。gh4169合金的冶金产品有不同标准的锻棒、热轧棒、冷拉棒、板、带、丝、管和锻件,制造的零件有各类盘、转子、环、机匣、轴、紧固件、弹性元件、阻尼元件等。
3.2 铸造高温合金
跟着运用温度和强度的前进,高温合金的合金化程度越来越高,热加工成形越来越困难,必须选用铸造工艺进行出产。另外,选用冷却技能的空心叶片的内部杂乱型腔,只能选用精细铸造工艺才能出产,因而镍基铸造高温合金在实际出产运用中不行缺少。铸造高温合金运用也较为广泛,占比约20%。国内的铸造高温合金以“k”加序号表明,如k1、k2等。
按结晶办法,铸造高温合金又能够分为多晶铸造高温合金、定向凝结铸造高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金等4种类型。铸造高温合金的特点是:1)具有更宽的成分规划。因为不用统筹变形加工功能,合金的规划能够会集考虑优化其运用功能。2)具有更广阔的运用领域。因为铸造办法具有的---长处,钢 车螺纹 刀片,可依据零件的运用需求,规划、制造出近终型或无余量的具有任意杂乱结构和形状的高温合金铸件。
一、钻孔与扩孔
1. 钻孔
钻孔是在实心资料上加工孔的地一道工序,钻孔直径一般小于 80mm 。钻孔加工有两种办法:一种是钻头旋转;另一种是工件旋转。上述两种钻孔办法发作的差错是不相同的,在钻头旋转的钻孔办法中,因为切削刃不对称和钻头刚性不足而使钻头引偏时,被加工孔的中心线会发作偏斜或不直,但孔径---不变;而在工件旋转的钻孔办法中则相反,钻头引偏会引起孔径改变,而孔中心线仍然是直的。
常用的钻孔刀具有:麻花钻、中心钻、深孔钻等,其中常用的是麻花钻,其直径规格为 φ0.1-80mm。
因为构造上的约束,钻头的曲折刚度和扭转刚度均较低,加之定心性不好,钻孔加工的精度较低,一般只能到达 it13~it11;外表粗糙度也较大,
ra
一般为 50~12.5μm;但钻孔的金属切除率大,切削功率高。钻孔首要用于加工要求不高的孔,例如螺栓孔、螺纹底孔、油孔等。对于加工精度和外表要求较高的孔,则应在后续加工中经过扩孔、铰孔、镗孔或磨孔来到达。
2. 扩孔
扩孔是用扩孔钻对已经钻出、铸出或锻出的孔作进一步加工,以扩大孔径并进步孔的加工,扩孔加工既能够作为精加工孔前的预加工,也能够作为要求不高的孔的终究加工。扩孔钻与麻花钻类似,但刀齿数较多,没有横刃。
与钻孔比较,螺纹刀片,扩孔具有下列特色:(1)扩孔钻齿数多(3~8个齿)、导向性好,切削比较稳定;(2)扩孔钻没有横刃,切削条件好;(3)加工余量较小,容屑槽能够做得浅些,钻芯能够做得粗些,刀体强度和刚性较好。扩孔加工的精度一般为
it11~it10
级,外表粗糙度ra为12.5~6.3μm。扩孔常用于加工直径小于
的孔。在钻直径较大的孔时(d ***30mm ),常先用小钻头(直径为孔径的 0.5~0.7 倍)预钻孔,然后再用相应尺度的扩孔钻扩孔,这样能够进步孔的加工和出产功率。
扩孔除了能够加工圆柱孔之外,还能够用各种特殊形状的扩孔钻(亦称锪钻)来加工各种沉头座孔和锪平端面示。锪钻的前端常带有导向柱,用已加工孔导向。
二、铰孔
铰孔是孔的精加工办法之一,在出产中运用很广。对于较小的孔,相对于内圆磨削及精镗而言,铰孔是一种较为经济实用的加工办法。
1. 铰刀
铰刀一般分为手用铰刀及机用铰刀两种。手用铰刀柄部为直柄,作业部分较长,导向作用较好,手用铰刀有整体式和外径可调整式两种结构。机用铰刀有带柄的和套式的两种结构。铰刀不仅可加工圆形孔,也可用锥度铰刀加工锥孔。
2. 铰孔工艺及其运用
铰孔余量对铰孔的影响很大,余量太大,铰刀的负荷大,切削刃很快被磨钝,不易取得光洁的加工外表,尺度公役也不易---;余量太小,不能去掉上工序留下的刀痕,天然也就没有改进孔加工的作用。一般粗铰余量取为0.35~0.15mm,精铰取为
01.5~0.05mm。
为防止发作积屑瘤,铰孔一般选用较低的切削速度(高速钢铰刀加工钢和铸铁时,v <8m/min)进行加工。进给量的取值与被加工孔径有关,孔径越大,进给量取值越大,高速钢铰刀加工钢和铸铁时进给量常取为
0.3~1mm/r。
铰孔时必须用恰当的切削液进行冷却、光滑和清洗,以防止发作积屑瘤并及时铲除切屑。与磨孔和镗孔比较,铰孔出产率高,容易---孔的精度;但铰孔不能校对孔轴线的方位差错,孔的方位精度应由前工序---。铰孔不宜加工阶梯孔和盲孔。
铰孔尺度精度一般为 it9~it7级,外表粗糙度ra一般为
3.2~0.8
μm。对于中等尺度、精度要求较高的孔(例如it7级精度孔),钻—扩—铰工艺是出产中常用的典型加工计划。
三、镗孔
镗孔是在预制孔上用切削刀具使之扩大的一种加工办法,镗孔作业既能够在镗床上进行,也能够在车床上进行。
1. 镗孔办法
镗孔有三种不同的加工办法。
(1)工件旋转,刀具作进给运动 在车床上镗孔大都属于这种镗孔办法。工艺特色是:加工后孔的轴心线与工件的反转轴线一致,孔的圆度首要取决于机床主轴的反转精度,孔的轴向几许形状差错首要取决于刀具进给方向相对于工件反转轴线的方位精度。这种镗孔办法适于加工与外圆外表有同轴度要求的孔。
(2)刀具旋转,工件作进给运动 镗床主轴带动镗刀旋转,作业台带动工件作进给运动。
(3)刀具旋转并作进给运动 选用这种镗孔办法镗孔,镗杆的悬伸长度是改变的,镗杆的受力 变形也是改变的,靠近主轴箱处的孔径大,远离主轴箱处的孔径小,构成锥孔。此外,镗杆悬伸长度增大,主轴因自重引起的曲折变形也增大,被加工孔轴线将发作相应的曲折。这种镗孔办法只适于加工较短的孔。
2. 金刚镗
与一般镗孔比较,金刚镗的特色是背吃刀量小,进给量小,切削速度高,它能够取得---的加工精度(it7~it6)和很光洁的外表(ra为
0.4~0.05
μm)。金刚镗初用金刚石镗刀加工,现在普遍选用硬质合金、cbn和人造金刚石刀具加工。首要用于加工有色金属工件,也可用于加工铸铁件和钢件。
金刚镗常用的切削用量为:背吃刀量预镗为 0.2~0.6mm,终镗为0.1mm ;进给量为
0.01~0.14mm/r
;切削速度加工铸铁时为100~250m/min ,加工钢时为150~300m/min ,加工有色金属时为
300~2000m/min。
为了---金刚镗能到达较高的加工精度和外表,所用机床(金刚镗床)须具有较高的几许精度和刚度,机床主轴支承常用精细的角触摸球轴承或静压滑动轴承,高速旋转零件须经经确平衡;此外,进给机构的运动必须十分平稳,---作业台能做平稳低速进给运动。
金刚镗的加工---,出产功率高,在大批大量出产中被广泛用于精细孔的终究加工,如发动机气缸孔、活塞销孔、机床主轴箱上的主轴孔等。但须引起留意的是:用金刚镗加工黑色金属制品时,只能运用硬质合金和cbn制造的镗刀,不能运用金刚石制造的镗刀,因金刚石中的碳原子与铁族元素的亲和力大,刀具寿数低。
3. 镗刀
镗刀可分为---镗刀和双刃镗刀。
德国轿车齿轮加工技能,------!
现在,我国已成为地一轿车制作与销售大国,轿车制作业已成为我国经济不可或缺的支柱产业。轿车齿轮制作与运用量(主机及配件运用)无疑成为地一。
轿车齿轮作为轿车上要害零件,首要用于传递动力和运动,并通过它们来改动发动机曲轴和主轴齿轮的速比。因为轿车行进状况随路况随机改变,因而轿车齿轮的工作状况非常复杂,这就要求轿车齿轮具有杰出的内。
轿车齿轮热处理工艺、特点与效果
轿车齿轮的内涵首要是指齿轮的显微安排、力学功能等目标满意技能要求,一起其他缺陷必须操控在规则的技能范围之内。
轿车齿轮内涵的好坏是决定齿轮的要害,其---取决于热处理,是齿轮完成低噪声、,长寿命的要害因素。
轿车齿轮热处理(工艺)包括:一是普通热处理,如退火、正火、淬火、回火、调质;二是外表热处理,其包括外表淬火(如感应淬火、激光淬火等)和化学热处理(如渗碳、碳氮共渗、渗氮、氮碳共渗等)。
1调质
调质是将齿轮等零件淬火后进行高温(500~650℃)回火的操作。调质处理常用于含碳量0.3%~0.5%(分数)的碳素钢或合金钢制作的齿轮。
调质能够细化晶粒,并获得均匀、具有必定弥散度、尤秀力学功能的回火索氏体安排。一般经调质处理后,齿轮硬度可达220~285hbw。调质齿轮的归纳功能优于正火。
调质常用于齿轮的准备热处理(如渗氮、感应淬火前的调质处理)和终究热处理。
2外表淬火
齿轮齿面淬火硬度一般为45~55hrc。外表淬火齿轮承载才能高,并能够承受冲击载荷。通常外表淬火齿轮的毛坯经正火或调质处理,以便使齿轮心部有必定的强度和韧度。
外表淬火首要有感应淬火、激光淬火与火焰淬火等。与渗碳淬火比较,外表淬火变形小、成本低、。
轿车齿轮外表淬火首要选用感应淬火工艺。因为感应加热速度快,几乎没有氧化、脱碳,齿轮变形很小,还易于完成局部加热及主动化生产,热处理成本低。因而,在现代化轿车行业中得到广泛应用。
3渗碳与碳氮共渗
渗碳淬火
渗碳淬火是先将齿轮等零件放入渗碳介质中,在880~950℃下加热、保温,使齿轮外表增碳,然后进行淬火。
轿车齿轮常用气体渗碳工艺。渗碳淬火、回火后齿轮外表硬度一般在58~63hrc。现在,渗碳淬火已经成为重要轿车齿轮(如差速器齿轮、驱动桥主从动弧齿锥齿轮、变速器齿轮等)的---热处理工艺。
碳氮共渗
近几年轿车用主动变速器ait渗碳齿轮的齿面在工作中的实践温度约达300℃,远高于正常的回火温度(150~200℃)。这种外表的温度将导致硬度下降,引发点蚀的产生。选用碳氮共渗后喷丸硬化可进步疲惫强度。在碳氮共渗时,随着含氮量的添加δhv(硬度降)进步,抗回火功能进步,抗回火温度到达300℃。
4渗氮与氮碳共渗
渗氮
渗氮是向齿轮等零件外表进入氮原子形成氮化层的化学热处理工艺。渗氮能够进步齿轮外表硬度、耐磨性、疲惫强度及抗蚀才能。渗氮处理温度低,因而齿轮变形小,无需磨削或只需精磨即可。
日本在轿车变速器齿轮热处理时选用渗氮工艺,德国clocker-离子公司将离子渗氮应用于轿车齿轮,均进步了齿轮精度和运用寿命。
氮碳共渗
氮碳共渗是以渗氮为主一起进入碳的化学热处理工艺。氮碳共渗能够---进步齿轮的耐磨性、抗胶合和抗擦伤才能、耐疲惫功能及耐腐蚀功能。现在,气体氮碳共渗应用于轿车、轻型客车变速器齿轮等零件。
轿车齿轮热处理的开展趋势
未来轿车齿轮正向重载、高速、和率等方向开展,并力求尺寸小、重量轻、---和经济---。
(1)---
首要表现在:资料的均匀性,即要求资料具有杰出的成分和安排的均匀性;温度场和流体场,即不断改进温度场和各种流体场,如渗碳、渗氮、碳氮共渗的流体场和淬火的液体场的改进,进一步进步齿轮内涵。
(2)低能耗
齿轮热处理---配备的研制和开展,如开发---的炉衬耐热和保温节能资料,尽可能下降炉壁温升,削减炉壁热损耗;废热归纳使用,如铸造余热的使用,进行铸造余热正火等,下降齿轮成本。
(3)
研究开发齿轮的新工艺,这些新工艺少(无)污染、,如低压真空渗碳、离子渗氮、双频感应淬火、激光淬火、稀土及bh催渗等技能的开展。
(4)智能化
智能化是齿轮热处理操控技能开展的必然趋势,计算机、传感器、智能库将构成智能热处理的中心,首要表现在:依据齿轮等零件的资料、技能要求等,体系主动生成工艺;生产过程的---闭环主动操控;齿轮等零件的热处理的预测、预判;体系故障主动诊断与处置;在线的自适应及应急应变才能,如开发了离子渗氮、碳氮共渗所用的氮势传感器和低压渗碳的碳势传感器等。
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