MP159鈷基高溫合金

MP159鉆基高溫合金MP159合金是在國外多相鉆基高溫合金（MP合金）的基礎上發(fā)展起來的一種新型高強度多相鉆基高溫合金。它的主要特點是：利用冷變形首先在面心立方基體中誘發(fā)產生交叉網狀分布的片狀￡相來阻止位錯的長程運動而產生強化，再經過時效處理析出彌散的Ni3X相補充強化。該合多金具有超高強度、良好的塑韌性和高的應力腐蝕抗力等綜合性能，并且在650℃的高溫下仍能保持其高強度的特性。該合金不僅可廣泛用于航空發(fā)動機的高溫緊固螺栓等零件，也可用于應力腐蝕環(huán)境下（如海洋大氣環(huán)境）服役的飛機用超高強度緊固件。供應的主要品種是冷拉棒材。MP159材料牌號MP159。MP159相近牌號MP159（美國）MP159材料的技術標準Q/6S992-1992《高溫緊固件用MP159合金冷拉棒材》（北京航空材料研究所）C3S284-1993《高溫緊固件MP159合金冷拉棒材》28-1993《高溫緊固件MP159合金冷拉棒材》MP159化學成分CCrNiCoMoFeTiW0.0418?20余34?386?88?102.5?3.25Al1NbBMnSiPS不大于t0.25?0.1?0.3 0.03 0.20 0.20 0.02 0.01MP159熱處理制度固溶處理1040?1055℃,4?8h,水冷+在室溫進行48%±1%的冷拔變形+時效處理650?675℃,4?4.5卜，空冷。MP159品種規(guī)格與供應狀態(tài)可以供應d5?25mm的冷拉棒材，供應狀態(tài)為冷拔態(tài)。MP159熔煉與鑄造工藝采用真空感應加真空電弧重熔的雙聯生產工藝。MP159應用概況與特殊要求該合金主要用于航空發(fā)動機的緊固件，在600℃下性能穩(wěn)定，可長期使用。是目前綜合性能最好的航空發(fā)動機緊固件材料。合金主要是經過冷變形誘發(fā)產生大量網狀分布的￡相進行強化。因此，對冷拔變形的工藝參數要嚴格控制。變形量過小，強度不足；變形量太大，強度升高，但塑性降低。實踐證明，當冷變形量控制在下限時合金具有較好的綜合性能。二、MP159物理及化學性能MP159熱性能MP159熔化溫度范圍熔點1318℃[1]oMP159熱導率9/℃ 100200300400500600700800

入/(W/m?℃)冷拔狀態(tài)11.314.115.617.419.121.023.024.6冷拔+時效狀態(tài)11.013.815.317.118.620.521.0MP159線膨脹系數見表2-2（冷拔+時效狀態(tài)）。表2-2[3]e/℃25?10025?20025?30025?40025?50025?60025?70025?800a/10-6℃-114.314.214.214.614.915.116.018.2MP159密度P=8.33g/cm3[2]。MP159電性能合金的電阻率見表2-3。表2-3[1]e/r25100200300400500600P/(10-6Q?m)冷拔狀態(tài)1.0331.0591.0861.1181.1511.2011.236冷拔+時效狀態(tài)1.0961.1021.1351.1621.1811.2101.231MP159磁性能合金在25℃時的磁導率為1.00265[2]。MP159化學性能MP159耐腐蝕性能該合金具有極好的抗縫隙腐蝕和應力腐蝕開裂的能力。在典型的氯化鐵實驗中未發(fā)現縫隙腐蝕和點蝕。在擦鹽試驗中未發(fā)生損壞。交替浸漬證明該合金具有良好的抗氫脆和應力腐蝕開裂的能力。MP159力學性能MP159技術標準規(guī)定的性能見表3-1。2供應狀態(tài)的棒材經時效處理后，其拉伸、持久性能和硬度應符合表中規(guī)定的要求。當棒材的拉伸性能符合要求時，硬度實驗結果不作為判廢依據。3持久性能可在光滑-缺口組合試驗上測定。試樣不應在23h內斷裂。試樣光滑部分拉斷后，其伸長率應符合表中規(guī)定的要求。4可在棒材相鄰部位取樣并分別加工的光滑和缺口持久試樣上進行實驗。試樣不應在23h內斷裂；光滑試樣斷裂后，應測定伸長率；缺口試樣可不拉斷。5持久實驗可在高于965MPa的應力下進行，但實驗過程中不能改變應力。實驗結果應符合表中規(guī)定的要求。6經需方同意，在965MPa的應力下進行持久實驗至23h后，可每隔8?10h遞增應力35MPa,直至試樣拉斷。實驗結果應符合表中規(guī)定的要求。MP159室溫及各種溫度下的力學性能MP159硬度固溶狀態(tài)室溫硬度HRCW20[3]；冷拔狀態(tài)室溫硬度HRC三38[3]；冷拔+時效狀態(tài)室溫硬度HRCN44。MP159時效前后冷拔棒材硬度隨溫度的變化見表3-2。MP159時效前后冷拔棒材橫截面不同半徑處的硬度見表3-3。MP159拉伸性能MP159合金的典型室溫拉伸性能見表3-4。表3-3[1]表3-2[1]

表3-3[1]e/℃室溫20040055C60()距表面的距離/mm0.21.12.02.74.05.0冷拔狀態(tài)40537035434233：348%冷拔496483475467457448HV冷拔+HV冷拔時效狀437409383368535'7+時548518態(tài)效表3-4[2]狀態(tài)。b/MPa。P0.2/MPa65/%4/%固溶8504006069冷拔158514151246冷拔+時P159合金在不同溫度下的拉伸性能見表3-5。表3-5[1]e/r25260370480595705815e/℃25260370480595705815。b/MPa19171724164115861565140789665/%988981534

MP159不同溫度的缺口拉伸性能見表3-6。e/℃25260370480595650705Kt6.16.06.16.15.86.15.80bH/MPa25722372225521862103199319580bH/0b1.321.401.381.371.371.311.38MP159持久和蠕變性能MP159高溫持久性能見表3-7。項目光滑持久光滑-缺口聯合持久①e/r6506506750/MPa69086210349651034862t/h815.023.98.3156.439.252.465/%22.518.416.227.54/%27.926.945.848.6①缺口試樣Kt=3.8。MP159高溫松弛性能應力松弛性能見圖3-1。MP159疲勞性能MP159高周疲勞棒材于48%冷拔+時效狀態(tài)的拉-拉疲勞性能見表3-8。表3-8[1]9/℃0max/MPaN/周室溫9318334.5X1053.22X1067849.6X106400774736>1.0X107>6,08X105716>1.0X107550736>1,007X107注：應力比R=0.1,頻率f=85Hz。MP159彈性性能MP159彈性模量見表3-9。9/℃室溫100 200 300 400 500 600

ED/GPa固溶222209.5203.6195.9188.0182.4177.2冷拔+時效243230.3223.4217.7210.1204.0192.7MP159切變模量見表3-10。e/℃室溫100200300400500600G/GPa固溶81.378.976.573.871.268.866.0冷拔+時效89.887.985.582.179.277.174.0MP159泊松比見表3-11。e/r室溫100200300400500600U固溶0.320.330.330.330.320.320.34冷拔+時效0.320.310.310.330.330.320.30四、MP159組織結構MP159相變溫度丫+￡兩相區(qū)溫度范圍為540?700℃,540℃以下的Y相為亞穩(wěn)態(tài)。MP159時間-溫度-組織轉變曲線MP159合金組織結構合金在上臨界溫度（約700℃）以上為穩(wěn)定的面心立方Y相，在下臨界溫度以下（約540℃）為穩(wěn)定的密排六方￡相;兩溫度之間為丫+￡的兩相區(qū)。當合金從上臨界溫度冷卻到室溫時可保持亞穩(wěn)定態(tài)的Y相。當在室溫下進行冷變形時可誘發(fā)Y相到￡相的馬氏體型轉變。因此，合金經固溶處理后全部為亞穩(wěn)定的Y相，在冷變形過程中部分Y相發(fā)生馬氏體相變轉變?yōu)榉€(wěn)定的￡相。所生成的￡相為薄片狀，在面心立方的Y相晶粒內呈交叉網狀分布。在隨后的時效過程中又在亞穩(wěn)定的Y相中析出Ni3X相［4?7］。五、MP159工藝性能與要求MP159成形性能MP159合金鋼錠首先在1125?1180℃保溫18?36h進行均勻化處理以減小組織偏析和脆性。相形成。合金鍛造開坯裝爐溫度不高于600℃,加熱溫度為1120℃±10℃,時間不小于4h。開鍛溫度不低于1050℃,終鍛溫度不低于950℃.合金熱軋開坯裝爐溫度不高于700℃,加熱溫度為1130℃±10℃,保溫30?60min。道次最大變形量不能超過20%。終軋溫度不低于950℃。熱軋后合金在1050?1070℃退火1h以得到均勻晶粒，便于后續(xù)冷變形加工。MP159軋制棒材經固溶處理后，經堿、酸洗去氧化皮，再經表面涂層處理后，進行冷拔變形。冷拔變形量為48%±1%。MP159焊接性能焊接性能同18-8型不銹鋼，可用氬弧焊工藝［2］。焊接速度 0.14m/min電流 100?160A電壓 10VMP159焊絲進給0.36?0.56m/min氬氣流量 5~7L/minMP159零件熱處理工藝螺栓的熱處理工藝為650?675℃,4h時效處理，空冷。MP159表面處理工藝合金經局部感應加熱熱鐓成螺帽后，表面再經冷搓絲加工螺紋。MP159切削加工與磨削性能合金的機加工性能類似于GH738銀-鉆-銘合金?？稍诶浼庸娀蜁r效材料上進行機加工。冷拔態(tài)的MP159合金的機加工工藝參數見表5-1。操作工具材料工具幾何形狀工具類型切削深度/mm走刀量切削速度/(mm/min)磨削厚度/mm切削液縱向前角：00副偏角：M24浮化車高速15°5"?8"方1.270.25476200.508油(1：削鋼副后形刀具mm/轉20)角：10°后角：5°

旁諷緣角：15°螺旋角：圓30°周M2RR：直徑1"的含硫銃高速10°