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1、 钴基高温合金钴基高温合金钴基高温合金钴基高温合金小组成员：潘永健小组成员：潘永健 刘阳刘阳 董刘洋董刘洋1 项目研究背景项目研究背景 钴基高温合金是高温合金中的一种，它是以钴作为主要成分，含有相当钴基高温合金是高温合金中的一种，它是以钴作为主要成分，含有相当数量的镍、铬、钨和少量的钼、铌、钽、钛、镧等合金元素，偶而也还含有数量的镍、铬、钨和少量的钼、铌、钽、钛、镧等合金元素，偶而也还含有铁的一类合金。钴基合金是以钴为基体，钴含量一般在铁的一类合金。钴基合金是以钴为基体，钴含量一般在35%-70%，并加入，并加入5%-25%镍稳定镍稳定奥氏体，加入奥氏体，加入20%-25%Cr以改善抗氧化和抗
2、腐蚀性能的高以改善抗氧化和抗腐蚀性能的高温合金。一般以固溶强化和碳化物强化做为钴基高温合金的主要强化手段。温合金。一般以固溶强化和碳化物强化做为钴基高温合金的主要强化手段。根据合金中成分不同，它们可以制成焊丝，粉末用于硬面堆焊，热喷涂、喷根据合金中成分不同，它们可以制成焊丝，粉末用于硬面堆焊，热喷涂、喷焊等工艺，也可以制成铸锻件和粉末冶金件。钴基高温合金的抗氧化性能较焊等工艺，也可以制成铸锻件和粉末冶金件。钴基高温合金的抗氧化性能较差，但其抗热腐蚀能力比镍好；钴基高温合金的高温强度、抗热腐蚀性能、差，但其抗热腐蚀能力比镍好；钴基高温合金的高温强度、抗热腐蚀性能、热疲劳性能和抗蠕变性能也比镍基高
3、温合金要好。热疲劳性能和抗蠕变性能也比镍基高温合金要好。钴基高温合金钴基高温合金汽车增压器喷嘴环叶片汽车增压器喷嘴环叶片 燃气轮机涡轮零件燃气轮机涡轮零件钴基高温合金的发展始于钴基高温合金的发展始于20世纪世纪40年代。年代。1943年美国首次年美国首次在涡轮喷气发动机在涡轮喷气发动机J-33上选用铸造钴基合金上选用铸造钴基合金HS-21制作工作叶制作工作叶片。与此同时，以钨代替钼，增加镍含量，在片。与此同时，以钨代替钼，增加镍含量，在HS-21的基础上的基础上发展处发展处X-40（HS-31)合金。合金。HS-21和和X-40就是最早出现的钴就是最早出现的钴基高温合金。而后者一直是美国长期使
4、用的导向叶片材料，从基高温合金。而后者一直是美国长期使用的导向叶片材料，从20世界世界50年代，铸造钴基高温合金的研究得到了普遍重视，相继研年代，铸造钴基高温合金的研究得到了普遍重视，相继研制出具有不同性能特点的合金系列。制出具有不同性能特点的合金系列。1957年美国钨金属研究所年美国钨金属研究所研制出研制出WI-52合金，它是在合金，它是在X-40合金的碳含量，发展了合金的碳含量，发展了X-45合金，改善了合金的焊接性能。合金，改善了合金的焊接性能。Martin Marietta公司于公司于1964年发明了著名的现代高强钴基高温合金年发明了著名的现代高强钴基高温合金Mar-M509,它具有高
5、强它具有高强度和一定的抗氧化、耐腐蚀性能。度和一定的抗氧化、耐腐蚀性能。1968年通过电器公司增加了年通过电器公司增加了X-45合金的铬含量，研制出具有优异抗高温氧化和腐蚀性能的合金的铬含量，研制出具有优异抗高温氧化和腐蚀性能的FSX-414合金。几十年来，钴基高温合金得到了长足的发展，合金。几十年来，钴基高温合金得到了长足的发展，相继有数十种牌号问世，在航天，航空，能源及化工等工业部门相继有数十种牌号问世，在航天，航空，能源及化工等工业部门发挥了重要作用。发挥了重要作用。研究意义研究意义通过调整钴基高温耐蚀合金通过调整钴基高温耐蚀合金stellite 6的成分，以提高的成分，以提高其高温耐腐
6、蚀以及耐磨性能，以更好适应实际应用的其高温耐腐蚀以及耐磨性能，以更好适应实际应用的性能要求，提高其使用寿命。性能要求，提高其使用寿命。与本项目有关的研究积累：与本项目有关的研究积累：stellite 6合金的显微组织合金的显微组织分析，热处理工艺分析，热处理工艺已取得的成绩已取得的成绩:、利用光镜，扫描电镜观察钴基高温耐蚀合金、利用光镜，扫描电镜观察钴基高温耐蚀合金stellite 6的组织形貌，并对该合金做的组织形貌，并对该合金做XRD，分析其元，分析其元素分布状况，以确认其碳化物的类型。素分布状况，以确认其碳化物的类型。、将、将stellite 6熔炼，添加适量钨元素，铬元素，以熔炼，添加
7、适量钨元素，铬元素，以改变其高温耐蚀性能。改变其高温耐蚀性能。光镜下的光镜下的钴基高温合金钴基高温合金2 项目研究目标及主要内容项目研究目标及主要内容目标：通过融入元素以增强目标：通过融入元素以增强stellite 6合金的高温耐腐合金的高温耐腐蚀以及耐磨性能蚀以及耐磨性能主要内容：主要内容：、对样品进行线切割，切成适当大小，镶嵌，打磨、对样品进行线切割，切成适当大小，镶嵌，打磨试样，磨好后用王水进行金相腐蚀，先后用光镜和扫试样，磨好后用王水进行金相腐蚀，先后用光镜和扫描电镜拍摄样品的组织形貌照片，并作描电镜拍摄样品的组织形貌照片，并作XRD，分析其，分析其元素分布状况，以确认其碳化物的类型。
8、元素分布状况，以确认其碳化物的类型。、融入合金元素、融入合金元素准备准备stellite 6合金样品四份合金样品四份、样品、样品1加入加入10%钨，用于提高合金的硬度和耐磨钨，用于提高合金的硬度和耐磨性能性能、样品、样品2加入加入5%铬，用于提高合金的高温耐腐蚀性铬，用于提高合金的高温耐腐蚀性能（铬元素含量应低于能（铬元素含量应低于37%，过高会促进生成，过高会促进生成-Co和和相，出现双相区，使高温强度下降）相，出现双相区，使高温强度下降）、样品、样品3同时加入同时加入10%钨，钨，5%铬元素铬元素、将四份样品进行固溶处理，样品、将四份样品进行固溶处理，样品1-4的固溶温度的固溶温度依次为依
9、次为1100、1030、1070、1050，使所，使所有的一次碳化物，包括部分有的一次碳化物，包括部分MC型碳化物溶入固溶体；型碳化物溶入固溶体；然后再在然后再在870-980进行时效处理，使碳化物进行时效处理，使碳化物(最常最常见的为见的为M23C6)重新析出。重新析出。、对处理后的样品进行光镜，扫描电镜，、对处理后的样品进行光镜，扫描电镜，XRD观察，观察，并与处理前其组织形貌进行对比。并与处理前其组织形貌进行对比。、用洛氏硬度机测量各样品的硬度，每个样品各取、用洛氏硬度机测量各样品的硬度，每个样品各取5点测量，取平均值。点测量，取平均值。、磨损试验、磨损试验在在MM200磨损试验机上对磨
10、损试验机上对4份试样进行环块磨份试样进行环块磨损试验，对磨试样为，硬度为损试验，对磨试样为，硬度为试验条件为：主轴转速试验条件为：主轴转速，载荷，干摩擦耐磨性比较采用失，载荷，干摩擦耐磨性比较采用失重测量法，测重之前，用丙酮、甲醇清洗，烘干，然重测量法，测重之前，用丙酮、甲醇清洗，烘干，然后在型万分之一电子天平上进行失重测后在型万分之一电子天平上进行失重测量。量。、腐蚀试验、腐蚀试验 同样采用失重法，测重之前，用丙酮、甲醇清洗，同样采用失重法，测重之前，用丙酮、甲醇清洗，烘干。配制一定浓度的硝酸，将处理前以及处理后的烘干。配制一定浓度的硝酸，将处理前以及处理后的样品置于硝酸溶液中，每样品置于硝
11、酸溶液中，每2小时测一次样品质量，比小时测一次样品质量，比较质量变化。较质量变化。3 项目创新特色概述项目创新特色概述 该项目采用融入适量铬，钨元素的方法，控制变量，该项目采用融入适量铬，钨元素的方法，控制变量，以提高钴基高温耐蚀合金以提高钴基高温耐蚀合金stellite 6的高温耐蚀及耐磨的高温耐蚀及耐磨性能；而国内对于提高该合金高温耐蚀性能方面主要性能；而国内对于提高该合金高温耐蚀性能方面主要采用激光融覆的方法。采用激光融覆的方法。钴基高温合金钴基高温合金（GH132、GH145、GH169）GH3039等等钴基高温合金钴基高温合金系列系列 4 项目研究技术路线项目研究技术路线样品预处理样
12、品预处理光镜、扫描电镜拍摄样品组织形貌；光镜、扫描电镜拍摄样品组织形貌；XRD分析其成分分布分析其成分分布熔炼，融入元素熔炼，融入元素固溶处理固溶处理光镜、扫描电镜拍摄样品组织形貌；光镜、扫描电镜拍摄样品组织形貌；XRD分析其成分分析其成分分布分布洛氏硬度机测硬度洛氏硬度机测硬度磨损试验磨损试验腐蚀试验腐蚀试验5 研究进度安排研究进度安排第一阶段：第一阶段：查阅相关资料，文献，确定实验方案查阅相关资料，文献，确定实验方案第二阶段：第二阶段：观察分析样品的组织形貌与成分分布观察分析样品的组织形貌与成分分布第三阶段：第三阶段：2013.4.20-2013.5.20将样品进行重熔，融入元素，并进行固
13、溶处理；观察分析固溶后将样品进行重熔，融入元素，并进行固溶处理；观察分析固溶后的样品的组织形貌与成分分布的样品的组织形貌与成分分布第四阶段：第四阶段：2013.5.21-2013.6.21测量固溶后各样品的硬度并进行磨损试验以及腐蚀试验测量固溶后各样品的硬度并进行磨损试验以及腐蚀试验第五阶段：第五阶段：2013.6.22-2013.9.22总结分析实验结果，完成项目论文总结分析实验结果，完成项目论文6 项目组成员分工项目组成员分工潘永健负责查阅文献，确定实验方案以及组织形貌与潘永健负责查阅文献，确定实验方案以及组织形貌与成分分布的观察与分析成分分布的观察与分析刘阳负责第三阶段样品的熔炼与固溶处理部分刘阳负责第三阶段样品的熔炼与固溶处理部分董刘洋负责各样品硬度的测量，磨损实验以及腐蚀实董刘洋负责各样品硬度的测量，磨损实验以及腐蚀实验验谢谢观赏谢谢观赏
