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含钨高温合金钨夹杂成因的研究
作者:系统管理员    发布于:2015-10-31 01:42:54    文字:【】【】【
高温合金因其独特的力学性能和物理性能广泛应用于航空、航天、舰船、发电、动力、机车以及石油和化工等工业中关键部件的材料。含钨高温合金主要用于服役温度较高的承载环境,例如,GH4037合金(W的质量分数为5.0%~7.0%)可在850℃以下使用;GH4049合金(W的质量分数为5.0%~7.0%)可在高达950℃的温度下仍具有相当高的强度;GH4098合金(W的质量分数为5.5%~7.0%)长期工作温度可达1000℃;GH5188合金中加入W的质量分数为14%,可使最高使用温度提高到1100℃。含钨高温合金常用来制作喷气发动机中的涡轮叶片及其他高温承力件。
  由于金属钨较难熔化,含钨高温合金中容易出现钨夹杂。如果叶片等零件内部存在钨夹杂,夹杂将引起应力集中,并成为交变载荷下的疲劳源,严重影响航空发动机涡轮叶片、箍段和箍套等零件的使用可靠性。因此,研究人员对含钨高温合金棒材中钨夹杂形成的原因进行了详细的分析,以期为提高高温合金的生产质量提供理论指导和依据。
  研究发现GH4049合金中的钨夹杂物形貌极其不规则,与基体存在类似于裂纹的间隙,夹杂内部存在黑色圆点。进一步能谱分析可知,该夹杂物主要成分为钨和少量的铈,黑点主要成分为铈。
  高温合金中金属钨夹杂的来源有二:一是真空感应炉熔炼时钨条没有完全熔化而残留于合金中,二是电极棒焊接时氩弧焊所用钨极粘结在焊缝中。
  真空感应冶炼含钨较高的高温合金时,高熔点的钨可能出现未完全熔化现象,导致钨夹杂形成。为了防止钨夹杂的形成,真空感应熔炼含钨较高的高温合金时,冶炼用的钨是以Ni-W中间合金的形式加入,并且选用足够的熔化时间,熔炼时不会产生钨夹杂。
  高温合金的熔炼采用真空感应熔炼+电渣重熔工艺,若电极棒采用手工焊接进行接长,电极棒焊接的焊缝容易粘结钨极,导致产生夹杂。多年来,国内用于高温合金电极棒焊接的方法有钨极氩弧焊和等离子弧焊两种。研究结果表明:
  (1)氩弧焊所用钨极是探出焊枪喷嘴之外,操作不慎将导致熔化的钨极粘结在焊缝位置;另外,氩气喷嘴的陶瓷管内壁会有钨极的“积存物”,加大氩气流量可能把“积存物”吹落到焊缝之中,因而形成钨夹杂。
  (2)结构不合理的等离子弧焊枪,导致等离子焊机设备没有形成真正意义的等离子弧,加热能力下降,如果使用大电流,钨极容易出现熔化现象,并且电流越大,熔化的可能性越大,高温合金电极在焊接过程中出现钨夹杂的几率也越大。
  (3)采用焊枪结构合理的等离子弧焊机,可以解决高温合金出现钨夹杂的问题。

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