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铸造高温合金材料用孕育剂控制表面晶粒

高温合金材料生产对于很多国家来说是一项非常重要的工业,高温合金材料凭借出色的性能在世界工业领域着占据着重要市场空间,生产高温合金材料技术一般都掌握在几个发达国家中,尤其是在一些高端高温合金材料生产领域上,这些技术科技含量高,而且研发需要完整的工业体系。

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铸造高温合金材料,铸成涡轮叶片后,一般晶粒比较粗大,而且各部位晶粒尺寸和形状还不一样。例如高温合金材料铸造空心涡轮叶片,晶粒平均直径为4mm~5mm,有的区域还有柱晶存在。生产中在叶片型壳内壁涂氧化钴作孕育剂,增加凝固结晶时的形核率,可使表面晶粒细化。制备工艺和细化机理见7.5节化学法。


高温合金材料经表面细化后晶粒平均直径可达0.4mm~3.2mm,细晶粒层的厚度约2mm,经机械加工后细晶粒仍然存在,而且整个叶片横截面没有穿晶晶粒存在。粗大晶粒特别是柱晶在进、排气边缘的存在,容易引起材料在使用过程中裂纹提前产生和发展。晶粒细化后一般可改善强度和塑性,同时还可明显提高疲劳强度。

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例如高温合金材料表面晶粒细化后,高温高周疲劳强度700℃,由247MPa提高至294MPa。最新研制成功的K444、K435和K452镍基铸造高温合金材料,用于先进燃气轮机制作涡轮叶片和导向叶片,精铸时均采用铝酸钴作为表面晶粒细化用孕育剂,取得了十分良好的效果。国内外许多铸造高温合金涡轮叶片和导向叶片也都仍然采用这种传统工艺,以改善合金的使用性能。


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