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GH3600高温合金工艺研究-航天用

作者:穆然时间:2021-08-20 12:06:13 次浏览

信息摘要:

GH3600合金是一种抗氧化镍基高温合金,适用于1100℃以下的低载荷,而航天GH3600合金管主要用于运载火箭上层动力装置的氢氧火箭发动机。目前,美国正在规划基于氢氧火箭发动机和单级

GH3600合金是一种抗氧化镍基高温合金,适用于1100℃以下的低载荷,而航天GH3600合金管主要用于运载火箭上层动力装置的氢氧火箭发动机。目前,美国正在规划基于氢氧火箭发动机和单级轨道航天飞机的轨道转移飞行器,为登月开发的土星火箭,二、三级使用F-2氢——氧发动机,法国等西欧国家正在研制的阿丽亚娜火箭和日本正在研制的运载火箭的上级均采用氢氧发动机作为主要动力装置。 GH3600合金无缝管作为我国新一代氢氧发动机的主要配套产品和重点研究项目,对提高我国航天发展综合实力具有重要作用。目前国内镍基管坯主要采用锻造+钻孔或斜轧穿孔工艺。本文采用挤压技术开坯,研究不同冷轧加工速度和最终退火制度对成品性能的影响,从而得到GH3600航天管生产工艺。
  
测试材料和方法:
  原材料为莫林工业的固溶锻造毛坯,对表面的锻造氧化皮进行抛光去除。原料化学成分见下表。
  GH3600高温合金工艺研究-航天用
管坯挤压坯:
  一般用于镍基管的坯料方法主要有锻造+钻孔和斜轧穿孔。其中,锻造+钻孔工艺受锻造比的限制,管坯晶粒度比较不均匀,钻孔工艺浪费大量原材料,所以一般只适用于厚壁管、短管、短管。难以热处理的材料。 .空白准备;虽然斜轧穿孔工艺具有效率高、产量高的优点;但由于自身结构的限制,无论是二辊还是三辊交叉轧制穿孔坯料,材料受力的方式都不是三向压缩应力导致出现环形微- 坯料横截面上的裂纹,影响后续加工的可能性。因此,航空航天使用的GH3600合金管选择了挤压方式来避免上述情况。管材挤压坯的关键在于挤压比和挤压温度的匹配。较高的挤压比有利于获得更均匀的结构,但同时会增加挤压力。高挤出温度也降低了挤出力。降低产品表面的质量和尺寸精度。同时,高温合金挤压中的护套和润滑方式也起着至关重要的作用。挤压坯设备选用2.5MN卧式挤压机,挤压坯规格为φ125mm×37mm×长度L,铜套外表面润滑,挤压力1.6~1.8MN。挤压参数如下表所示。
GH3600挤压参数
  挤压后的坯料晶粒度为7.5,夹杂物具有一定的细晶粒结构。挤压后原料的晶粒度有明显改善,虽然组织中有一定的细晶组织。 ,但与挤压前明显的均质化趋势相比,它为成品的后续加工提供了均匀稳定的管材结构。
  
成品冷轧工艺研究:
  成品冷轧采用两种不同的加工率分配方式,比较了φ15mm×1.75mm到φ5.8mm×0.4mm的不同冷轧工艺对成品力学性能的影响。步骤1退火道次的加工率分配在68.9%至70%之间,步骤2退火道次的加工率分配在51.5%至56.9%之间。
  两种不同工艺下成品管的室温拉伸强度和屈服强度变化不大,但工艺2对应的管材的伸长率明显高于工艺1成品管的室温伸长率。工艺1的平均伸长率为32.3%,接近要求技术指标的下限,而工艺2的平均伸长率显着提高,有利于管材后续使用时的其他冷加工性能。由于成品管用于高温高压流体输送,管材在900℃的高温力学性能直接影响其性能。工艺2成品管的高温拉伸性能高于工艺1相应管材,影响管材耐压性能的屈服强度比工艺1成品管高21.5%。工艺1,保证了产品在使用过程中的稳定性。
  
  结论
  (1)GH3600合金管采用挤压坯料可显着细化组织,提高组织的均匀性。
  
   (2)成品的冷加工率控制在51%~57%的范围内,既可以获得良好的成品结构,又可以提高室温延伸率和高温屈服强度,获得较好的成品性能。

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