CN109628797A - 一种导弹发射装置用镍基超合金及制造工艺 - Google Patents

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刘猛
于杰
侯智鹏
韩魁
王志刚
李飞扬
陈璐珂
李成龙
陈庆新
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Abstract

本发明公开一种导弹发射装置用镍基超合金及制造工艺,目的是有效解决650℃～700℃抗拉强度和塑性低的问题，满足瞬时高温、高强度下使用环境的综合性能要求，实现工业批产。技术方案：选择镍基超合金，添加钨、钼等强固溶元素；镍铬钼钨合金的化学成分基于成本和综合性能要求设计最佳元素配比和更窄的成分范围；合理的冶炼工艺及加工工艺。本发明有益效果：①成分的控制决定了合金良好的热加工性，变形温度范围较宽，950℃～1160℃均具备塑性热变形，成品方扁材采用一火次轧制，保留足够的变形量使产品达到均匀的显微组织；②合金的700℃抗拉强度1000MPa～1200MPa，断后伸长率16％～25％，断面收缩率16％～30％,且经过长期使用得到良好的验证。

Description

一种导弹发射装置用镍基超合金及制造工艺
技术领域
本发明属于镍基高温合金材料领域，涉及一种导弹发射装置用镍基超合金及制造工艺,导弹发射装置具体是航空导弹引向舵帆。
背景技术
前期我国研发合金材料应用于导弹发射装置，以满足瞬时高温、高强度下使用环境，替代原有的低碳合金钢；根据装备的使用环境瞬间达到600℃～650℃，且承载强度大于800MPa，选用了12CrMn等系列材料，但是在使用环境下无法达到800MPa。国外同类材料的设计没有选择高合金比，使用性能低，主要体现在高温力学性能值低，如在600℃时拉伸强度低于500MPa，不能满足长期服役；并且国外同类材料待加工多为圆钢，再经机械加工到零件尺寸，加工量大成材率低。
发明内容
本发明公开一种导弹发射装置用镍基超合金及制造工艺,目的是满足瞬时高温、高强度下使用环境的综合性能要求，实现工业批产。
设计合金的最佳元素配比、更微小的成分范围；合理的冶炼工艺及加工工艺，有效解决650℃～700℃抗拉强度和塑性低的问题。
为实现上述目的，制定以下技术方案：
选择镍基超合金，添加钨、钼等强固溶元素；镍铬钼钨合金的化学成分基于成本和综合性能要求设计更窄的成分范围，以及高纯洁度和良好的热加工性。
具体技术措施：
1.工艺路线：真空感应熔炼→真空电弧重熔→锻造开坯→扁钢轧制→成品热处理；
2.合金的化学组成见表1
表1合金化学成分
表1(续)
3.冶炼工艺：合金通过双联冶炼后气体水平，氧：(5～10)×10-6，氮:(20～35)×10-6。
4.加工工艺：合金的加热温度为1150℃～1180℃，升温速度小于50℃/h，保温时间1h～2h，热加工变形量达到55％，轧制道次5次，热轧变形量控制120mm*120mm→123mm*100mm→123mm*85mm→125mm*70mm→115mm*75mm→110mm*75mm。
5.方扁材力学性能检验：选择试样进行热处理，制度为1100℃～1150℃，保温300min，空冷800℃～850℃，保温600min，空冷。
力学性能检验结果:700℃拉伸强度1000MPa～1200MPa,断后伸长率16％～25％，断面收缩率16％～30％。
热处理后晶粒度：达到3级～5级。
元素设定的范围解释如下：
碳：与铬结合成M23C6、M6C等碳化物强化相，提高合金的强度，碳同时还是奥氏体形成元素，本发明中碳含量0.01％～0.08％。
铬：它以固溶态的形式存在基体中，引起晶格畸变，提高强度。铬与碳形成不连续M23C6型碳化物分布于晶界，可有效地阻止晶界滑移和迁移，提高持久强度，但是铬含量过高会造成晶界处M23C6型碳化物聚集长大，降低合金冲击韧性；700℃时镍基耐热合金中含有20％左右的铬，铬使合金具有足够的抗氧化和抗腐蚀能力；富铬的M23C6型碳化物的晶界周围会出现贫铬区，此区是抗腐蚀能力的薄弱区；本发明合金中按质量百分比控制17.0％～20.0％的铬含量，既保证铬在基体中的固溶强化作用，又不会因铬含量过高生成有害相，导致合金性能的下降，同时也可保障合金具有足够的抗多种环境腐蚀性能。
钼和钨：它们是难熔元素，合金中主要起固溶强化作用。钼和钨进入合金减慢铝、钛和铬的高温扩散速度，提高固溶体中原子间结合力，减慢软化速度，显著地改善耐热合金的热强性，同时它们也能显著提高镍基合金中γ′相的溶解温度；钼和钨含量超出溶解度极限时会产生Laves相或其它有害相，随后Laves相粗化，降低合金强度；钼的固溶强化作用显著，钼的添加还可形成M6C型碳化物。与钼元素相比，钨元素有更高的熔点和更低的扩散系数，添加钨可延长合金的蠕变断裂时间，但过量的钨会降低合金热加工性。为保证合金良好的热加工性，防止Laves有害相生成，本发明钼含量控制在4.0％～6.0％，钨含量控制在4.0％～6.0％，钼和钨复合添加。
铝和钛：铝和钛是形成γ′相的主要元素，作为第二相强化的主要依据，提高合金的持久性能和高温强度，但过高的铝和钛会提高合金的热变形抗力，同时长期时效也会形成粗大γ′相影响合金的使用，本发明中铝含量控制范围1.0％～1.5％，钛含量控制范围2.2％～2.8％。
对发明点的说明：
本发明的发明点有两项：①镍基合金的化学成分为借鉴650℃～750℃航天发动机储备燃料部件的，镍基合金的化学成分是经过试验验证，具有独创性，且添加微量元素的含量有利于提高产品力学性能和使用要求。②镍基超合金的热加工工艺是具备较高难度的工艺策划，变形温度、变形量、变形道次之间的合理匹配，可获得良好的产品性能，并且工艺可操作性强，已具备批产的能力，为我国武器装备领域提供先进稳定的材料。
本发明有益效果：
1.成分的控制决定了合金良好的热加工性，变形温度范围较宽，950℃～1160℃均具备塑性热变形，成品方扁材采用一火次轧制，保留足够的变形量使产品达到均匀的显微组织。
2.合金的700℃抗拉强度1000MPa～1200MPa，断后伸长率16％～25％，断面收缩率16％～30％,且经过长期使用得到良好的验证。
附图说明
图1是镍基超合金的零件实物图；
图2是镍基超合金方扁材的实物图；
图3是100倍下镍基超合金18Cr-4W-4Mo显微组织。
具体实施方式
以下结合附图和具体实例对本发明进一步详细说明。
实施例1
1.镍基超合金18Cr-4W-4Mo如表2列举了五炉化学成分
表2镍基超合金18Cr-4W-4Mo化学成分
2.热轧扁钢工艺
扁钢轧制工艺制度见表3；
表3扁钢轧制工艺：
3.合金通过制度为1130℃，保温300min，空冷+810℃，保温600min，空冷处理，力学性能检验结果见表4；
表4力学性能检验结果

Claims (8)

1.一种导弹发射装置用镍基超合金，其特征在于：设计合金的最佳元素配比、更微小的成分范围；
所述合金的化学成分见表1
表1 合金化学成分
2.权利要求1所述一种导弹发射装置用镍基超合金的制造工艺，其特征在于：冶炼工艺及加工工艺；制造工艺工艺路线：真空感应熔炼→真空电弧重熔→锻造开坯→扁钢轧制→成品热处理；
所述冶炼工艺：合金通过双联冶炼后气体水平，氧：(5～10)×10-6，氮:(20～35)×10-6。
所述加工工艺：合金的加热温度为1150℃～1180℃，升温速度小于50℃/h，保温时间1h～2h，热加工变形量达到55％，轧制道次5次，热轧变形量控制120mm*120mm→123mm*100mm→123mm*85mm→125mm*70mm→115mm*75mm→110mm*75mm。
3.根据权利要求1所述一种导弹发射装置用镍基超合金，其特征在于：所述化学成分见表2
表2
4.根据权利要求2所述一种导弹发射装置用镍基超合金的制造工艺，其特征在于：所述扁钢轧制工艺制度见表3
表3
5.根据权利要求1所述一种导弹发射装置用镍基超合金，其特征在于：所述化学成分见表4
表4
6.根据权利要求2所述一种导弹发射装置用镍基超合金的制造工艺，其特征在于：所述扁钢轧制工艺制度见表5
表5
7.根据权利要求1所述一种导弹发射装置用镍基超合金，其特征在于：所述化学成分见表6
表6
8.根据权利要求2所述一种导弹发射装置用镍基超合金的制造工艺，其特征在于：所述扁钢轧制工艺制度见表7
表7
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