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技术资料

合金微观组织结构综合控制技术为用户提供高性能安全可靠的长寿命材料

高性能合金材料如高温合金、耐蚀合金、特殊钢、功能合金等对材料的性能有着更加苛刻的使用要求。比如航空发动机高温合金Inconel 718材料在使用过程中不仅要求材料的疲劳性能蠕变性能,还要求材料在长期使用过程中受外部载荷后的变形恢复精度高以及材料的长期衰减性小。耐蚀合金需要材料能够具有更低的腐蚀速率。特殊钢需要诸如耐冷热磨损、红硬性长期稳定、耐环境载荷变化、疲劳性能高、材料耐性能衰减等。功能合金要求材料的各项物理指标如磁性能更加灵敏准确。为此对合金生产商提出了更高的技术挑战。金纳公司通过多年生产及研发实践,提出合金微观结构控制理论并在生产工艺中得以运用,已可批量生产满足上述高端要求的合金材料。

材料的微观结构决定了材料的宏观性能

通过规模生产工艺研究,我们发现合金材料宏观性能是由合金材料微观结构决定的。不同的疲劳寿命、蠕变值、腐蚀速率、形变恢复性、磁性能、强度衰减、耐磨性及最终使用寿命合金,具有不同的合金微观结构相,主要表现在以下几个方面:

1、液态合金相与合金金属键结构

熔化的合金熔体在不同的环境条件下具有不同的相结构,其不同的相结构具有遗传性且遗传程度不同。合金金属键的强弱及合金原子团间的金属键数量是影响金属性能的重要原因。金属原子团具有稳定的能壁垒和体积稳定性,因此合金结构具有跳跃性。我们通过特殊的技术可以实现合金结构更微观组合。

2、夹杂物尺寸与数量

夹杂物数量和大尺寸夹杂物统计分布是影响合金综合性能的关键因素。我们通过特殊技术不仅能够降低夹杂物数量更能减小夹杂物尺寸及分布。通过复杂工艺能够实现极低氧含量比如5ppm以下等,最大夹杂物尺寸降到10μm以下等。

3、凝固结晶组织结构

合金在液态凝固成固态的相变过程中,合金元素的偏析、组织结构、晶体结构及晶粒尺寸形貌、碳化物、沉淀相等微观结构发生大的变化,最终合金材料的结构与性能由此形成并稳固很难再通过后序工艺发生大的改变。我们通过特殊的凝固技术控制合金微观组织结构向理想目标靠近。

4、合金固态变形的组织结构

合金固态冷热变形影响材料组织结构,尤其是热锻变形影响更大。我们发现金属合金的热锻造工艺工序类似揉面醒面能形成面筋一样,恰当而足够的热锻造会形成金属面筋,对合金材料的性能具有十分重要的影响。

5、热处理相变

众所周知热处理是改变合金材料微观组织结构的重要方法。我们发现热处理工艺不仅是温度时间控制,还需要注重批量生产中材料裝炉的热均匀控制。

6、熔炼与重熔是改变合金微观结构的重要环节

批量生产中熔炼与重熔工序是形成最终合金材料综合高性能的基础。我们通过多项新技术在合金真空感应熔炼工序和气密电渣工序实现合金基础结构控制的目标,并在后序工序进一步完善。

7、实现材料微观最佳结构的批量生产工艺

我们在生产实践中运用以下新技术制造高性能合金材料:

(1)真空反应强度精炼法艺

通过真空能量改变合金深层微观结构、突破常规合金性能极限的真空反应强度精炼方法及其在制备镍基铁基合金熔炼中应用,凭借“真空反应强度精炼法”实现合金材料性能提升,从而满足高端合金材料对使用寿命、变形恢复精度、性能衰减、耐蚀性、磁性等的苛刻要求。

(2)真空熔体热处理精炼法

通过真空熔体热处理技术达到合金元素中短程无序、均匀排列、金属键强化、碳化物细化并分布均匀和液态合金组织相变优化之目的。实现产品宏观性能的提升。

(3)电渣氧化还原反应工艺控制技术

通过电极化学成分与渣系成分配比,实现电渣过程氧原子浓度扩散控制。实现电渣过程零增氧。

(4)真空制备电极与电渣重熔凝固双控制技术

该技术实现液态金属凝固过程组织细化、降低偏析和金相结构优化控制,使产品综合使用性能提升。

(5)合金独特配方技术

金纳公司根据多年试验,所生产的产品不仅符合宽泛的不同材料标准,更具有公司独特配方,实现主合金元素最佳分配及微量元素重要调整,并兼顾所有熔炼工艺、冷热加工和热处理工序,实现产品性能最大优化。

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