CN101603152B

CN101603152B - 一种用于玻璃棉生产的离心器高温合金

Info

Publication number: CN101603152B
Application number: CN2009100008873A
Authority: CN
Inventors: 唐亚俊; 李英敖; 陈建种
Original assignee: WUXI YITONG MECHANICAL TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: WUXI YITONG MECHANICAL TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2009-01-20
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2029-01-20
Also published as: CN101603152A

Abstract

本发明公开了一种用于玻璃棉生产的离心器高温合金，该合金化学成分的重量百分比为C0.65～0.75％，Cr28.5～30.5％，Co4.0～6.5％，W4.5～6.0％，Mo3.0～5.0％，Al4.8～5.9％，Ti2.0～3.0％，Ce0.01～0.05％，B0.01～0.05％，余量为Ni。本合金由于配方独特，在固溶强化、沉淀强化、晶界强化等技术手段的复合作用下，获得了优异的高温力学性能、高温耐腐蚀性能和高温抗氧化性能，使用寿命显著提高。

Description

一种用于玻璃棉生产的离心器高温合金

技术领域

本发明属于高温合金领域，特别是涉及一种用于玻璃棉生产的离心器的镍基高温合金。

背景技术

离心器是离心喷吹法玻璃棉生产线上不可或缺的关键部件，需要在960℃～1020℃的高温以及1900～2400rpm/min的离心力作用下工作，长期承受高温、高应力及玻璃液的反复浸蚀与冲刷。因此，制造用于玻璃棉生产的离心器的材料必须具有优异的高温力学性能、高温耐腐蚀性能以及良好的高温抗氧化性能，使得制成的离心器能够在较长的寿命期内正常运转而无变形、断裂。一般说来，钴基高温合金基本上能够达到上述要求，但是作为材料中的主要元素钴，是一种稀缺元素，价格十分昂贵，不可能在工业上大规模应用。目前用于玻璃棉生产的离心器高温合金，对高温玻璃液反复冲击的抵抗能力较差，使用寿命很短，其抗高温氧化腐蚀的性能亟需提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较长使用寿命的用于玻璃棉生产的离心器高温合金，兼具优异的高温力学性能、高温耐腐蚀性能以及良好的高温抗氧化性能。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

合金中各种化学成分的重量百分比为：C0.65～0.75％，Cr28.5～30.5％，Co4.0～6.5％，W4.5～6.0％，Mo3.0～5.0％，Al4.8～5.9％，Ti2.0～3.0％，Ce0.01～0.05％，B0.01～0.05％，余量为Ni。

合金中各种化学成分重量百分比的最佳配比为：C0.7％，Cr30.0％，Co5.0％，W5.0％，Mo4.0％，Al5.5％，Ti2.5％，Ce0.05％，B0.02％，Ni47.2％。

本发明的高温合金选用Ni作为基质，原因在于镍基合金中可以溶解大量的合金元素，合金的组织稳定性很好；而且Ni本身具有高强度、高韧性和高耐腐蚀性等多种优点，使得镍基合金本身在高温力学性能和耐磨蚀性能方面具有了铁基合金所不能比拟的优势。

Cr的含量在25％～30％(重量百分比，以下同)的范围内时具有极强的抗氧化性和耐腐蚀性，是提高合金高温抗氧化腐蚀性能的决定性因素。本发明的镍基高温合金中含有高含量的Cr(28.5～30.5％)，保证了合金在熔融玻璃液的浸蚀下仍然具有优良的抗高温氧化性能和耐热腐蚀性能。另一方面，Cr在本镍基高温合金中与C结合生成碳化物强化相Cr₂₃C₆，后者在高温下稳定并且均匀地分布在合金基体中，使合金具有高的强度、硬度、屈服点和耐磨性；又因为在各种碳化物中，铬碳化物是最细小的一种，所以Cr₂₃C₆能均匀分布在合金组织中使之细化，使得合金的塑性、韧性均好。

合金中加入Co能降低合金基体的堆垛层错能，显著提高合金的热强性能，是确保合金在高温1200℃左右仍然具有足够强度的关键元素。但是Co为稀缺元素，价格十分昂贵，并且在高含量时易析出硬而脆的金属间化合物而使机性变坏，因此合金中Co的含量不能过高。本发明的镍基高温合金中加入4.0％～6.5％的Co，能使合金具有良好的抗热冲击性能和抗热腐蚀性能。

W和Mo是重要的固溶强化元素，固溶于M₂₃C₆碳化物后能减缓合金基体元素扩散的速率，还有很强的细化晶粒的作用，从而形成了稳定的固溶体，在提高合金强度和热稳定性的同时亦提高了合金的韧性和耐磨耗性。在本发明镍基高温合金中加入了4.5～6.0％的W和3.0～5.0％的Mo，将二者共同存在时产生的综合固溶强化作用发挥到最大，使合金在超高温度下仍然保持很高的强度水平，确保了综合热强性能。

Al和Ti是重要的沉淀强化元素，在本发明的镍基高温合金中，4.8～5.9％的Al和2.0～3.0％的Ti均可形成共格有序的A₃B型金属间化合物γ[Ni₃(Al，Ti)]相作为强化相，后者在基体中能呈细小颗粒状沉淀析出并均匀弥散在合金组织中，从而阻碍了合金基体的位错运动，对合金产生了显著的强化作用。适量的Al还可以抑制合金内部氧化的发生而且有助于在合金表面形成致密的氧化保护膜，与Cr一起进一步提高合金的高温抗氧化抗腐蚀能力，由此解决合金中含W、Mo元素会引起抗氧化腐蚀性能有所下降的问题。

固溶强化与沉淀强化同时作用确保了本镍基高温合金在高温下具有优异的热强性能。

合金中加入微量的Ce，能明显改善合金的显微组织、特别是碳化物的形貌和晶界形态，形成形态良好的稳定化合物，强化了晶界。Ce亦能降低合金中残留杂质如S、O等的有害作用，同时可以将有害杂质从合金内部最薄弱环节的界面排除出去，净化了晶界。在本镍基高温合金中加入了0.01～0.05％的Ce，通过强化晶界和净化晶界的双重作用，提高了合金的强度，改善了合金的韧性，从而推迟了合金材料破坏的发生，延长了使用寿命。

在本镍基高温合金中，0.01～0.05％的B起到净化和强化晶界的作用，提高了合金的持久强度和持久塑性。

综上所述，本发明镍基高温合金化学成分的设计，是基于发明目的、根据玻璃棉生产的工况条件、综合考虑各合金元素的性质和作用，经过多次调整、反复试验所得的结果。实践证明本镍基高温合金具有优异的高温力学性能、高温耐腐蚀性能以及良好的高温抗氧化性能。在实际应用中，由本镍基高温合金材料制成的离心器在熔融玻璃液工况温度1000℃以及转速2000转/分的条件下，累计工作时间达到320～360小时，相当于13～15天，明显高于由其他合金材料制成的同类离心器。

本发明所述镍基高温合金采用真空熔炼浇注、精密铸造、热处理和机械加工等生产步骤，制造成用于玻璃棉生产的离心器，生产方法与现有技术相似，不需特殊工艺。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：在本镍基高温合金中，固溶强化、沉淀强化、晶界强化三种技术手段得以复合作用，极大地提高了合金材料的热强性能。由本合金材料制成的用于玻璃棉生产的离心器，其高温力学性能、高温耐腐蚀性能、高温抗氧化性能均得到显著改善，能有效对抗高温离心所产生的应力松弛作用，亦能较好地耐受高温玻璃液的反复浸蚀与冲刷，使用寿命明显延长，既简化了玻璃棉生产的程序又节约了成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

合金化学成分的重量百分比C0.7％，Cr30.0％，Co5.0％，W5.0％，Mo4.0％，Al5.5％，Ti2.5％，Ce0.05％，B0.02％，Ni47.2％。

生产过程采用真空熔炼方法制得合金材料，通过浇注、精密铸造、热处理和机械加工等步骤制作成用于玻璃棉生产的离心器。

将本发明与目前最具代表性的用于生产玻璃棉的离心器镍基高温合金进行对比，二者在合金的化学成分及由此合金制得的离心器使用寿命两方面的对比结果分别列在表1和表2中。

表1实施例和对比例的化学成分(重量％)

	C	Cr	Co	W	Mo	Al	Ti	Ce	Fe	B	Nb	Ni
													本发明	0.7	30	5	5	4	5.5	2.5	0.05	-	0.02	-	47.2
对比例	0.3	31.5	-	6	-	-	0.2	-	5.3	0.005	1.3	50.5

表2实施例离心器和对比例离心器的使用寿命

Claims

1.一种用于玻璃棉生产的离心器高温合金，其特征在于该合金化学成分的重量百分比为C0.65～0.75％，Cr28.5～30.5％，Co4.0～6.5％，W4.5～6.0％，Mo3.0～5.0％，Al4.8～5.9％，Ti2.0～3.0％，Ce0.01～0.05％，B0.01～0.05％，余量为Ni。