汽轮机叶片用2Cr11Mo1VNbN钢晶粒细化技术

汽轮机叶片用2Cr11Mo1VNbN钢晶粒细化技术
汽轮机叶片用2Cr11Mo1VNbN钢晶粒细化技术

汽轮机叶片用2Cr11Mo1VNbN钢晶粒细化技术

摘要:汽轮机叶片用2Cr11Mo1VNbN钢热处理控制不当,容易产生粗晶现象,一般的完全退火很难达到细化目的。依据金属相变原理,控制形核方式和晶粒长大,对晶粒粗大叶片进行双重淬火细化技术处理,可获得较细晶粒和良好的力学性能,打破了粗晶问题传统处置模式,尤其是宏观粗晶带来技术处置问题,填补了公司当前粗晶补救技术空缺。同时,对强韧化处理也具有一定的指导意义。

关键词:汽轮机;叶片;2Cr11Mo1VNbN;细化;相变原理;强韧化

引言

叶片是汽轮机关键零部件之一,要求精确的几何外形,良好的理化性能是确保安全高效运行的内在保证。随着技术的发展和要求的提高,叶片材料晶粒度问题也成为关注的重点,以在保证综合的理化性能要求。

在部分项目制造过程中,晶粒度检验理化指标出现晶粒低于技术要求,甚至出现宏观粗晶现象,集中表现为批量性问题,为避免粗晶问题带来报废,曾采取传统的退火工艺和重新锻造改善进行晶粒细化,组织遗传比较突出,效果一直不理想。为此,从热处理工艺细化方法方面,采取双重淬火进行晶粒细化试验研究。

1.试验材料

本次试验材料选取在鉴定出粗晶的叶片试验,状态为900~920℃退火、1080~1100℃调质后检测出的粗晶叶片,从叶片中间切取50×80×100试样4件,试验材料及化学成分如下表:

表12Cr11Mo1VNbN钢化学成分(Wt.%)

2.试验方法

2.1 检测试验材料初始晶粒度

为获得试验材料的原始晶粒度,首先将上述50×80×1004件试样在金相显微镜下检测晶粒度级数,作为晶粒细化前的参照,试验检测结果见表2。

金属材料晶粒细化的研究论文修改后

金属材料细化组织的方法和途径 1 前言 金属材料作为一种常规材料,由于其原料丰富可以大规模工业化生产,并可以通过合金化、冷热加工、热处理等技术改变材料形状、尺寸性能,其优异的使用性能,能满足机械、冶金、矿山、建筑、化工、海洋等行业的不同需要,因此,在 21 世纪钢铁材料仍然是人类社会使用的最主要材料。因此,钢铁材料的研究有着十分重要的意义!然而不经过任何处理而直接得到的铸锭或铸件存在诸多缺陷,因此,改善其金属性能非常重要。晶粒大小是影响金属性能的重要指标,一般来说,细晶粒组织的材料具有较好的综合性能,即其强度,硬度和人性,范性等都比较好,所以生产上对控制金属材料的晶粒尺寸是相当重要的。因此,细化晶粒对钢铁材料的研究及应用有着极其重要的意义。它是控制金属材料组织结构的最重要、最基本的方法。本文将从金相学角度阐述晶粒细化的原理和方法。 2 晶粒细化的理论与目的 研究表明,高性能钢铁材料的主要指标为强度和韧性,而晶粒细化是同时提高材料的强度和韧性的唯一方法,这就是钢铁材料晶粒细化的目的。目前,晶粒细化已成为新型高性能钢铁材料研究的一个趋势。根据Hall-petch 公式:σs =σ0 + kd - 1/ 2 ,其中σs 为应变量0.2 %的屈服应力;σ0 是移动单个位错所需的克服点阵摩擦的力; k 是常数; d 是平均晶粒尺寸。可以看出,材料的屈服强度与晶粒尺寸倒数的平方根成正比。因此,晶粒细化既能提高材料的强度,又能提高

材料塑性,同时也能显著提高其力学性能。细化晶粒是控制金属材料组织的最重要、最基本的方法,目前人们采用了许多办法细化金属的晶粒并取得了极大的成就。 3 晶粒细化的途径和方法 细化晶粒的基本途径在于尽可能地提高晶核的形成速率,并同时减小晶体的成长速率,以使大量晶核在还没有显著长大的条件下便相互干扰而凝固结束。利用结晶生核、长大现象进行晶粒细化时,临界晶核尺寸大小成为晶粒细化极限的大体目标。临界晶核的尺寸是形核驱动力的函数,驱动力越大,临界晶核尺寸就越小。通常情况下,相变时的驱动力比再结晶时的驱动力大很多。因此,利用相变时得到很细小的临界晶核尺寸,再控制冷却速度,就可使钢铁材料组织超细化。我们通常所知道的晶粒细化的方法或措施有:化学孕育剂法或变质法;快速冷取法;加强液体流动法(机械物理细化法)。还包括相变前奥氏体细化或位错化、奥氏体内部增加形核质点、相变冷却细化、形变处理细化法、物理场细化等。 3.1 化学孕育法或变质法 这种方法是向液体中加入所谓细化剂(孕育剂)或变质剂。添加细化剂(孕育剂)通过增加外来晶核使晶粒细化;添加变质剂是通过加入变质剂合金的共晶组织形态或者第二相的形态来实现细化。 3.1.1 添加细化剂(孕育剂) 熔炼时 ,可以通过向熔体中添加细化剂来形成晶核 ,使粗大的铸

金属凝固组织的细化方法和机理

课程名称:金属凝固指导老师:宋长江,翟启杰教授 金属凝固组织的细化方法和机理 摘要:金属组织细化细化是提高材料性能的一种有效手段。在材料科学领域里,控制金属的凝固过程以细化金属凝固组织是提高铸件性能的重要途径之一,在已有的研究中,控制金属凝固过程以细化凝固组织的方法主要有两类:一是物理细化法,如低温浇注、电磁搅拌、机械振动、超声波细化等,二是化学细化法,如添加形核剂和长大抑制剂等。物理细化方法处理材料纯净度高,不会对金属熔体带来外来夹杂,细化效果好;化学添加剂法细化效果稳定、作用快、操作方便、适应性强,是目前最普遍的细化方法。 关键词:组织细化;细化方法;细化剂;变质剂 Refinement methods and mechanism of solidification structure of metals Abstract: Metal microstructure refinement is an effective means to improve the properties of materials.In the field of meterial science, To contol the metal solidification process to refine the metal solidification structure is an important way of improving the casting performance. There are two main ways in the previous study: the first one is Physical refining method,such as cast cold, electromagnetic stirring, mechanical vibration, ultrasonic Refining and so on. The other one is chemical method, like the addition of nucleating agents and growth inhibitors. Physical refining method can make the material more pure,and there is no inclusion along with. The chemical method is the most common method of refinement because it’s faster and more stable and easy to operate. Key words:structure refinement; refine method; refiners; modifier

汽轮机叶片的服役条件

汽轮机叶片的服役条件 1. 汽轮机叶片的服役条件及技术要求 叶片的服役条件: a) 每一级叶片的工作温度都不相同; b) 工作在高温、高压、高转速或湿蒸汽区等恶劣环境中,经受着离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区高速水滴冲蚀的共同作用; c) 汽轮机在工作过程中,动叶片承受着最大的静应力、动应力和交变应力。 对叶片材料性能的要求: a) 应具有足够的室温和高温机械性能; b) 良好的耐蚀性和抗冲蚀性; c) 良好的减振性; d) 高的断裂韧性; e) 优良的冷、热加工工艺性能。 2. 汽轮机叶片选材分析 (1)铬不锈钢,1Cr13和2Cr13:热处理工艺:在调质状态下使用。 1Cr13:1000~1050℃油淬,700~750℃回火; 2Cr13:950~1000℃油淬,640~720℃回火, 金相组织: 1Cr13:回火索氏体+少量铁素体; 2Cr13:回火索氏体。 优点:在室温和工作温度下具有足够的强度,还具有很好的耐腐蚀性能和减振性。 缺点:当温度超过500℃时,热强性明显下降,使用工作温度在450~500℃以下。 1Cr13钢若锻造或淬火温度过高,奥氏体晶粒粗大,有大量块状铁素体生成,振 动衰减率和冲击韧性降低。铬不锈钢抗水冲蚀的能力较差。

(2)强化型铬不锈钢 牌号 1:2Cr12NiMo1W1V 2Cr12NiMolWlV钢作为GB8732—88《汽轮机叶片用钢》标准的一个专用钢种和GB1221标准中的2Cr12NiMolWlV钢种相比,其Cr.Mo.W.V和P.S的含量控制范围要求更严格一些,从而中和力学性能也更好一些,两种钢的化学成分。 热处理规范及力学性能指标的比较见表 1和表2 (3)低合金珠光体耐热钢 牌号:20CrMo、24CrMoV 该类钢特点是合金元素含量较低,比较经济,工艺性能良好,经过调质处理后强度、塑韧性都比较满意,主要用于制造在450℃以下的中压汽轮机的压力级各级动叶片和隔板静叶片。 (4)铝合金和钛合金 这类合金的特点是铝合金和钛合金比重小,耐蚀性好,具有一定的强度,在国外已成功用于制造大功率汽轮机的长叶片。 钛合金是以钛为基础,加入少量铝、锆、锡、钒和钼等,比重仅为4.5,比钢轻45% 左右。室温机械性能很高,具有良好的抗蚀性能。缺点:但是钛合金工艺性能很差,对应力集中比较敏感,减振性比马氏体钢低,成本比较高。 综合以上论述,2Cr12NiMolWlV钢是最佳的选择。 3. 2Cr12NiMolWlV的工艺规范 2Cr12NiMolWlV 钢是一种高温马氏体不锈钢,作为叶片专用钢,要获得较满意的综合力学性能,受到诸多因素制约。热处理过程无疑是最关键的因素之一。

Al-Ti-B合金晶粒细化

目录 1、引言 (1) 2、细化原理 (1) 2.1、包晶相图理论 (2) 2.2、碳化物-硼化物理论 (2) 2.3、双重形核理论 (3) 2.4、α-Al晶体增殖理论 (3) 3、合金元素的作用 (3) 3.1、Ti对铝合金熔铸组织的细化作用 (3) 3.2、B对铝合金熔铸组织的细化作用 (4) 3.3、其它杂质元素对铝合金熔铸组织的 细化影响 (4) 4、小结 (5) 5、参考文献 (6)

Al-Ti-B合金晶粒细化 【摘要】铝合金中加入少量Ti和B时,铝合金组织可得到明显细化,合金的强度、韧度、耐磨性、抗疲劳性能及热稳定性等均有所提高。 【关键词】铝钛硼合金晶粒细化合金元素 Al-Ti-B Alloy grain refinement 【Abstract】Aluminum alloy to add a small amount of Ti and B, the refined aluminum alloy group is obviously, the strength of the alloy, toughness, wear resistance, fatigue resistance and thermal stability were improved 【Key words】Al-Ti-B alloy grain refinement alloying elements 1、引言 根据Hall-Petch公式可知,材料的屈服强度和材料的晶粒大小成反比,细小的晶粒尺寸可以有效地提高材料的强度和韧性,同时改善合金的机械加工性能,对于铝在各行业的应用均具有重要的意义 [1]。目前,细化铝合金晶粒的方法主要包括以下4种: ①控制金属凝固时的冷却速度[2]; ②机械物理细化法,包括机械振动和机械搅拌等; ③物理场细化法[3],如电场、磁场和超声波处理等; ④化学细化法,加入各种晶粒细化剂,促进铝及合金的形核或抑 制晶核长大。 在工业生产中,细化晶粒尺寸最常用的方法是化学细化法,即在熔融的铝液中加入晶粒细化剂,起到异质形核的作用,进而细化晶粒尺寸。铝钛硼合金晶粒细化是铝加工业普遍采用的晶粒细化方法,对铝合金的铸态组织具有强烈的细化作用。它可以使合金成份均匀,加快铸造速度,减少裂纹,消除羽毛状晶和冷隔。在随后的压力加工过程中,还可以提高铝板的力学性能,减小板材的变形织构和各向异性,提高板材的深冲性能和成品率。铝钛硼的组织对铸态晶粒的细化效果起关键性作用。 2、细化机理 由于铝合金的细化过程非常复杂,与熔炼条件和铸造条件相关,且容易受到杂质元素的影响,导致细化效果发生改变。因此,仍没有一种理论能较全面的解释整个细化过程。目前,铝晶粒细化的细化理论主要包括[4]:包晶相图理论、碳化物-硼化物、双形核理论、α-Al 晶体增殖理论、超形核理论等。 2.1、包晶相图理论

M50和M50Nil钢多向锻造碳化物及晶粒细化机制研究

M50和M50Nil钢多向锻造碳化物及晶粒细化机制研究 M50钢具有高温条件下硬度、强度高等优点,是目前综合性能优良的航空轴承钢。M50钢中合金元素形成的碳化物是其重要的组织特征同时也是轴承性能良好的保障,但是分布不均,尺寸过大的碳化物会使轴承在服役过程中发生开裂导致失效。 M50Nil钢是在M50钢的基础上研发的新一代高温轴承钢,这种钢在经过表面硬化处理后,具有“表硬内韧”的特点,这样大大提高了轴承的疲劳寿命,但是 M50Nil钢的晶粒尺寸较大,这样影响了锻件的性能,因此,如何控制M50钢中碳化物的尺寸和分布、M50Nil钢中晶粒粗大的问题,提高材料性能,是目前制备高性能高温轴承钢的难题。本文通过对M50钢和M50Nil钢进行多向锻造,研究了始锻温度和累计应变量对M50钢和M50Nil钢微观组织的影响,并分析了M50钢的碳化物碎化机制以及M50Nil钢的晶粒细化机制。 在1000℃和1100℃对M50钢分别进行累积应变量为1.2、2.4、3.6和5.4的多向锻造,多向锻造后的锻件碳化物发生明显的碎化,由原始M50钢中尺寸为25μm的碳化物碎化为小于10μm,同时始锻温度升高使得颗粒状碳化物发生了明显的溶解。始锻温度为1100℃时,随着累积应变量的增加,锻件易变形区的晶粒得到细化,当累积应变量增加到5.4时,易变形区平均晶粒尺寸为3μm。 在1050℃、1100℃、1150℃和1180℃下对M50Nil钢进行了累积应变量为3.6的多向锻造发现,锻后锻件易变形区的晶粒尺寸发生了明显的变化,当 M50Nil钢只在这四个温度下保温一定时长不进行多向锻造时,晶粒尺寸随着加 热温度的升高逐渐长大,而多向锻造后易变形区的晶粒尺寸在1100℃时达到最 小值。在1100℃保温30min后对M50Nil钢进行了累积应变量分别为0.6、1.8、

汽轮机叶片制造工艺过程

轴流式蒸汽轮机动叶片制造工艺简述 摘要:介绍了汽轮机等截面直叶片、自由成型叶片、有成型规律叶片汽道加工的毛坯制造、型面加工工艺过程,并介绍了五联动加工中心的基本特点,简单说明了汽轮机叶片几种特种加工方法的基本原理。 关键字:汽轮机动叶片毛坯制造加工工艺特种加工 一:汽轮机简介 汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械,是蒸汽动力装置的主要设备之一。主要用作发电用的原动机,也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。汽轮机是一种高温高压高速旋转的机械,尤其对于发电用汽轮机来说,又是大功率输出地原动力机械,所以设计要求汽轮机具有高效率,高安全可靠性,而且可调性要好。 目前我国发电用汽轮机以300~600MW居多,体积庞大,结构精细复杂。由于多级轴流式汽轮机绝热焓降大,能够充分利用蒸汽的热能,因此绝大多数为发电用汽轮机均为多级轴流式汽轮机。 汽轮机本体主要由转动部分和静止部分两个方面组成。转子包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等。静子包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。因此汽轮机的制造工艺主要为上述部件的制造工艺。汽轮机制造工艺的特点为:属单件生产,生产期长,材料品种多,材

料性能要求高,零件种类多,加工精度高,设备要求高,操作技能要求高,机械加工工种齐全,设计冷热工艺且面广,检测手段齐备要求高,计量设备、测量工具齐全而且要求高采用专门工装多。 二:轴流式蒸汽轮机动叶片制造工艺 1:叶片的结构 静叶片一般由工作部分和安装部分组成 动叶片一般由叶根、叶型部分和叶顶三部分组成 2:叶片的工作条件及材料选择 叶片的工作条件复杂,除因高速旋转和气流作用而承受较高的静应力和动应力外,还因其分别处在过热蒸汽区、两相过渡区、和湿蒸汽区段内工作而承受高温、高压、腐蚀和冲蚀作用。因此叶片的材料要满足以下要求: 良好的常温和高温机械性能、良好的抗蚀性、良好的减震性、和一定的耐磨性良好的冷热加工性能。 叶片的常用材料有: (1):铬不锈钢1Cr13和2Cr13属于马氏体耐热钢,它们除了在室温和工作温度下具有足够的强度外,还具有高的耐蚀性和减振性,是世界上使用最广泛的汽轮机材料。 (2):强化型铬不锈钢弥补了1Cr13型铬不锈钢热强性较低的缺点,在其中加入钼、钨、钒、铌、硼等。 (3):低合金珠光体耐热钢用于制造工作温度在450℃以下中压汽轮机各级动叶片和静叶片。

浅谈镁合金晶粒细化的方法和意义

浅谈镁合金晶粒细化的方法和意义 重庆大学材料科学与工程学院材料科学专业 摘要 简述了镁合金的工程运用现状和细化晶粒的益处;以镁合金晶粒细化方法为主线,对镁合金在熔体阶段的过热处理、添加变质剂、物理场法、动态晶粒细化和快速凝固法,以及镁合金固态阶段的锻造、挤压、轧制和剧烈塑性变形等细化晶粒的方法进行了总结。同时,归纳了镁合金细化晶粒的意义。 关键词 镁合金 晶粒细化 熔体 固态形变 1 背景介绍 纯镁是银白色金属,熔点651℃,密度为1.74×103kg/m3,是最轻的工程金属[1]。镁合金具有密度低、比强度高、比刚度高、减振和抗冲击性能好等优点,而且还具有较好的尺寸稳定性和机械加工性能及低廉的铸造成本。在汽车、电子、通信、航空航天、国防和3C 等行业都拥有广泛的应用前景。但是镁合金密排六方的晶体结构特点,决定了在室温条件下独立滑移系少,导致室温塑性低、变形加工困难和变形容易开裂等阻碍了镁合金材料的广泛应用。其次,镁合金强度偏低,无法应用于受力较大的工程环境,也成为镁合金大规模运用的一大瓶颈。所有提高镁合金的室温塑性变形能力和强度有利于镁合金工程应用的普及和推广[2~5]。 细化晶粒是唯一可以提高金属构件强度的同时,又提高塑性的方法。根据Hall-petch 公式21 0s -+=d k y σσ,材料的强度随着晶粒尺寸的减小而增大。镁合金具有很大的系数k y ,所 有,细化晶粒能够显著的提高镁合金的强度[6]。而且,由于有细小均匀晶粒的材料发生塑性变形时,各晶粒分担一定的变形量,使变形更加均匀,位错在晶界处塞积少,应力集中小,材料开裂的倾向减小,从而提高材料的塑性。 2 晶粒细化方法 目前用于工程和科研中有很多细化镁合金晶粒的方法,笔者综合相关论文报道将镁合金晶粒细化分为两个阶段细化:熔体阶段细化和固态形变处理细化。 2.1 熔体阶段细化 2.1.1 过热处理法 过热处理是浇注前将熔体温度升高并保持一段时间后再降温至浇注温度进行浇注的工艺过程。过热处理细化晶粒的机制是过热处理过程中形成了可以作为非均质结晶核心[7]。目前广泛认同的观点是Fe 等元素在镁熔体中的溶解的随温度变化很显著,随着温度的降低,Fe 在镁中溶解度急剧降低,在过热的熔体降温时,过热难容的铁将从液相中先析出,在凝固过程中成为α-Mg 的异质形核基底。过热处理在一定程度上可以细化晶粒,但是也存在很多缺陷。例如,将熔体加热到高温镁合金熔体会因大量溶解气体和杂质而质量下降,从而降低合金的综合性能,所以,过热处理法在工业上应用很少。 2.1.2 添加变质剂 添加变质剂可以改善合金的铸造性能和加工性能,使铸件组织细小均匀,因而提高合金的强度和塑性。加入的变质剂必须满足6点:①高温下化学成分不变,在熔体中有足够的稳定性,

细化晶粒

细晶镁合金的制备方法 制约变形镁合金发展的主要原因在于其较差的室温塑性变形能力,如何在较大程度上改善镁合金的塑性已成为人们关注的焦点。常用的方法包括合金化及晶粒细化等。而结合镁合金室温滑移系少、形变各向异性强的特点,用织构强化或软化来提高或合理利用镁合金的力学性能,已成为变形镁合金研究领域的一个重要分支。 纯镁的晶粒尺寸细化到8um以下时,其脆性转变温度可降至室温。若采用适当合金化及快速凝固工艺将晶粒细化到1um时,甚至在室温下镁合金亦可以具有超塑性,其伸长率可达到1000%。因此通过镁合金晶粒细化可以调整材料的组织和性能,获得具有优良变形性能的材料。细化晶粒的方法有很多,下面介绍几种常见的制备细镁合金的方法。 1 等径角挤压(ECAP) 强应变化塑性变形可以在低温度条件下使金属材料的微观结构得到明显的细化,从而大大提高其强度和韧性。近年来研究表明,大塑性变形可以成功制备具有超细晶(微米级,亚微米级和纳米级)微观结构的金属材料。前苏联科学家Segal于1981年提出了等截面通道角形挤压法(equal channel angular press-ing)等径角挤压法(ECAP)。ECAP的基本原理;将润滑良好、与通道截面尺寸相差无几的块状试样放进入口通道,在外加载荷作用下,由冲头将试样挤放进入口通道,在外加截荷作用下,由冲头将试样挤到出口通道内。入

口通道与出口通道之间存在一个夹角。在理想条件下,变形是通过在两等截面通道交截面(剪切平面)发生简单的切变实现的。经角径角挤压后,试样发生简单切变,但仍保持横截面积不变,挤压过程可以反复进行,从而在试样中实现大塑性变形。通过这项技术,可以不依赖粉末冶金和复杂的形变热处理而制备大体积块状细晶材料。 2 添加适当的合金化元素 根据合金化原理,明确各种元素在镁中产生的作用,针对不同的需要对镁合金中添加适当的微量合金元素,并进行显微组织和结构设计,引人固溶强化、沉淀强化或弥散强化等机制,可以达到细化晶粒,调整镁合金组织,提高和改善合金性能的目的。如SN、SB和PB等元素在镁中有较大的极限固溶度,而且.随着温度的卜降,固溶度减小并生成弥散沉淀相。根据沉淀强化原理,这些元素能够提高镁合金度的强度:而有的表面活性元素.可以减小粗大相的形成,起到细化晶粒的作用,甚至可以生成弥散相阻碍晶界的滑移 Zr元素在镁合金中就是一种最有效的晶粒细化剂、 3 大挤压比热挤压(L)100) 镁合金组织性能受塑性变形影响很大,因此可以通过塑性加工过程控制或改善镁合金坯料的组织性能,例如镁合金挤压棒材的性能右严重的各向异性,需采用热挤压方法消除各向异性,通过采用不同的挤压温度、改变挤压比、挤压速度可以获得不同组织性能的镁合

汽轮机叶片

汽轮机叶片选材及工艺制订 (徐州工程学院08材控卢辉 20080607146 郭淇源 20080607147 ) 1. 汽轮机叶片的服役条件及技术要求 叶片的服役条件: a) 每一级叶片的工作温度都不相同; b) 工作在高温、高压、高转速或湿蒸汽区等恶劣环境中,经受着离心力、蒸 汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区高速水滴冲蚀的共同作用; c) 汽轮机在工作过程中,动叶片承受着最大的静应力、动应力和交变应力。对叶片材料性能的要求: a) 应具有足够的室温和高温机械性能; b) 良好的耐蚀性和抗冲蚀性; c) 良好的减振性; d) 高的断裂韧性; e) 优良的冷、热加工工艺性能。 2. 汽轮机叶片选材分析 (1)铬不锈钢,1Cr13和2Cr13: 热处理工艺:在调质状态下使用。1Cr13:1000~1050℃油淬,700~750℃回火;2Cr13:950~1000℃油淬,640~720℃回火, 金相组织:1Cr13:回火索氏体+少量铁素体;2Cr13:回火索氏体。

优点:在室温和工作温度下具有足够的强度,还具有很好的耐腐蚀性能和减振性。缺点:当温度超过500℃时,热强性明显下降,使用工作温度在450~500℃以下。1Cr13钢若锻造或淬火温度过高,奥氏体晶粒粗大,有大量块状铁素体生成,振动衰减率和冲击韧性降低。铬不锈钢抗水冲蚀的能力较差。 (2)强化型铬不锈钢 牌号1:2Cr12NiMo1W1V 2Cr12NiMolWlV钢作为GB8732—88《汽轮机叶片用钢》标准的一个专用钢种和GB1221标准中的2Cr12NiMolWlV钢种相比,其Cr.Mo.W.V和P.S的含量控制范围要求更严格一些,从而中和力学性能也更好一些,两种钢的化学成分。热处理规范及力学性能指标的比较见表1和表2 (3)低合金珠光体耐热钢 牌号:20CrMo、24CrMoV 该类钢特点是合金元素含量较低,比较经济,工艺性能良好,经过调质处理后强度、塑韧性都比较满意,主要用于制造在450℃以下的中压汽轮机的压力级各级动叶片和隔板静叶片。

晶粒细化机制

剧变形晶粒细化机制 众多研究者通过等通道挤压(ECAP)、累积叠轧焊(ARB)、高压扭转(HPT)等变形方式在低温、中温变形区对金属及其合金进行了强塑性变形,同样获得了类似的晶粒微细化效果:Tsuji 等[1]采用反复叠轧焊的加工方法在纯铁中获得了约0.5μm大小的细小晶粒;Valiev等[2]通过等通道挤压强变形在铝合金中获得了尺寸大约在0.2μm左右的超细晶粒;此外,高压扭转强变形加工工艺可在纯铁中获得尺寸约为0.3μm 的超细晶组织[3];通过不断改变载荷方向的反复温压缩变形可在304 奥氏体不锈钢中获得尺寸在0.3μm 左右的超细晶粒[4]。可见走“低温强变形之路”来制备微米、亚微米级的超细晶粒材料成为一种新的思想。 大量的结果表明,低、中温强变形加工晶粒超细化机制与普通热变形过程中形核、长大的不连续动态再结晶机制不同。Shin 等通过观察低碳钢等通道挤压过程中微观结构演变,提出了等通道挤压强变形过程中的晶粒细化机制[5];Hansen 等[6]则采用微观带和形变带分割理论解释了滚压强变形过程中的晶粒 细化原理;D.A. Hughes 等研究者认为强塑性变形过程中的晶粒细化是位错滑移的结果[7];Sakai 等[8]则认为强变形过程中的晶粒细化是由于应变诱发大角度晶界密度上升,原始晶粒被分割为亚微米级结构的结果。A.Belyakov 等人[9]对304 不锈钢在0.22~0.5Tm(Tm为熔点,绝对温度)的低温区高应变后的组织演化机制进行了研究,他们认为晶粒细化可能与发生于高位错密度亚晶粒的动态回复有关:强烈的塑性变形使原始晶界弯曲成锯齿状,且晶界附近产生大取向差的亚晶粒,随着晶界的迁移发生亚晶粒的倾转,而动态回复又进一步使 应变诱发生成的位错亚晶界转化成通常晶界,然而,随着应变的增加亚晶界取向差是如何增大的还不是很清楚。弄清强塑性变形过程中的晶粒细化机制,不但能够丰富极端条件下的塑性变形理论,而且在实际生产中对形变工艺的制定具有重要的指导意义。因此,深入研究多轴锻造(MF)强变形过程中奥氏体微观结构演化过程,弄清其晶粒细化机制,具有重要的理论价值和实践意义。 [1] N. Tsuji, Y. Saito, H. Utsunomiyaetc, Ultra-fine grained bulk steel produced by accumulative roll-bonding process, Scripta Mater, 1999, 40(7), 795-800 [2] K. T. Park, Y. S. Kim, J.G. Lee etc, Thermal Stability and Mechanical Properties of Ultrafine Grained Low Carbon Steel, Mater. Sci. Eng. A, 2000, 293(1-2), 165-172 [3] R.Z. Valiev, YU. V. Ivanisenko, E.F. Rauch etc, Structure and. deformation behaviour of Armco Iron subjected to severe plastic deformation, Acta Mater, 1996, 44(12), 4705-4712 [4] A. Belyakov, T. Sakai, H. Miura, Fine-grained structure formation in austenitic stainless steel under multiple deformation at 0.5Tm, Mater. Trans. JIM, 2000, 41, 476-484 [5] D.H. Shin, B.C. Kim, Y.S. Kim, K.T. Park, Microstructural evolution in a commercial low carbon steel by equal channel angular pressing, Acta. Mater, 2000, 48(9), 2247-2255 [6] X. Huang, N. Hansen, Flow stress and microstructures of fine grained copper,

超声波晶粒细化

超声波在金属凝固中的应用与发展 一、超声波及其特性 超声波通常指1秒内振动20000次以上的高频声波。在强度较低时, 超声波可以作为探测负载信息的载体与媒介, 称为检测超声。当其强度超过一定值, 则与传声媒质相互作用,可以改变以至破坏 传声媒质的状态、性质及结构, 称为高能超声或功率超声。 本文涉及的主要是高能超声。 超声波具有以下4个基本特性: 1、束射特性。超声波波长短, 可以集中成一束射线。 2、吸收特性。超声波在空气、液体和固体中均会被吸收。空气 中的吸收最强烈, 固体中的吸收最微弱。 3、高功率。由于频率高, 超声波的功率比声波大得多, 它不仅 能使所作用的介质产生急速运动, 甚至会破坏其分子结构。 4、声压作用。声波振动使物质分子产生压缩和稀疏作用,这种由于声波振动引起的附加压力现象叫声压作用。 上述4个基本特性使超声波在媒体中导致如下5 种效应: 力学效应、热学效应、光学效应、电学效应和化学效应叫。 二、高能超声对金属凝固组织的作用 (1)超声波对纯金属凝固组织的作用Eskln 用超声波处理高纯铝,处理后使晶粒度从3.1增大到37.5,拉伸强度从54MPa提高到 70MPa,硬度从HB17.2 提高到HB19.7 ,同时延伸率也得到了改善。Abramov和Gurevich使用超声波处理具有不同点阵结构的纯金属,

结果表明超声处理能使具有不同点阵结构的金属晶粒细化, 力 学性能提高。 (2)超声振动对低熔点合金凝固组织的作用Eskin等采用10kw 的超声波对铝合金的凝固过程进行了较为深入的研究。试验表明, 纯铝经过超声处理,拉伸强度可以提高6%一10%,而含有微量元素的铝经过超声处理拉伸强度却可以提高20%一25%。在连续铸造中, 用超声波处理Al一Si合金,也取得了良好的效果,对初生Si相的 细化作用十分显著(见图l)。 (3)超声振动对钢和铁凝固组织的作用超声处理对钢和铸铁的 细化效果也是十分明显的。研究表明, 普通碳钢中含碳量越高, 超声处理的效果就越明显。对st40钢进行变质和超声振动的联合处理试验,不仅得到了晶粒细化的珠光体组织, 而且铁素体网也 被打碎。超声处理使W18工具钢中碳化物偏析明显减轻, 微观组 织得到细化,共晶体碳化物也得到细化。 Abramov研究了超声处理对钢力学性能的影响己。对于铸态亚共 析碳钢,超声处理后强度提高了20%一30%,塑性提高了30%一40%;

汽轮机叶片选材及热处理工艺

目录 一、引言 (1) 二、设计任务 (1) 三、工况分析 (2) 四、失效分析及性能要求 (3) (一)汽轮机叶片的失效分析 (3) (二)性能要求 (4) 五、选材及优化 (4) (一)铬不锈钢 (4) (二)强化型铬不锈钢 (4) (三)低合金珠光体耐热钢 (5) (四)铝合金和钛合金 (6) (五)优化 (6) 六、确定尺寸和热处理工艺 (6) (一)热处理工艺 (6) (二)组织及热处理工艺分析 (9) 七、工艺流程及工艺卡片 (10) 八、成品检验 (10) (一)硬度检验 (10) (二)金相检验 (11) 结论 (11) 参考文献 (11)

一、引言 汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械,又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机,也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。汽轮机主要应用于电力工业、船舶工业、水泥、化工、石油、冶金、重型机械等领域。 汽轮机是一种旋转式的流体动力机械,它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机械能的作用。而叶片是汽轮机的“心脏”,是汽轮机中极为主要的零件。叶片一般都处在高温,高压和腐蚀的介质下工作。动叶片还以很高的速度转动。在大型汽轮机中,叶片顶端的线速度已超过600m/s因此叶片还要承受很大的离心应力。叶片不仅数量多,而且形状复杂,加工要求严格。叶片的加工工作量很大,约占汽轮机、燃气轮机总加工量的四分之一到三分之一。叶片的加工质量直接影响到机组的运行效率和可靠行,而叶片的质量和寿命与叶片的加工方式有着密切的关系。所以,叶片的加工方式对汽轮机的工作质量及生产经济性有很大的影响。这就是国内外汽轮机行业为什么重视研究叶片加工的原因。随着科学技术的发展,叶片的加工手段也是日新月异,先进的加工技术正在广泛采用。要满足不断提高的使用性能需求仅仅依靠新型叶片材料的应用仍然很难满足,必须将各种热处理技术应用到汽轮机叶片的制造当中才能达到对叶片具高效率、高精度和高寿命的要求。 二、设计任务 先通过对汽轮机的学习,了解其工作条件及内外部构造,继而对汽轮机叶片所处的周边环境有所了解,从而知道其工作条件。再对汽轮机叶片的工作环境和工作条件(包括蒸汽或燃气与叶片的相互作用、工作温度、旋转速度、叶片受力情况等)进行分析,通过分析和研究得出的数据和现象,以确定汽轮机叶片的主要失效形式,并通过对数据和结果的分析得出汽轮机叶片的失效原因。再由失效形式和失效原因确定出汽轮机叶片正常工作时应满足的性能要求。再根据汽轮机叶片材料的性能要求,通过查阅资料和实验研究初步选定出三种以上符合要求的材料,再结合材料的性能、工艺性和经济性及汽轮机叶片材料的性能要求对所选材料进行综合分析,最终确定出最佳材料。确定出最佳材料后再根据最佳材料确定汽轮机叶片的尺寸和热

铝钛硼晶粒细化机理

铝钛硼晶粒细化机理 汤皓元,陈 越,杨 钢,方树铭,徐 涛,张 苏 (昆明冶金研究院,昆明650031 )摘要 从铝钛硼中间合金入手,分析了铝钛硼中主要的金属化合物是三铝化钛和二硼化钛,这两种金属化合物在铝及铝合金晶粒细化中起到主导作用。分析了目前晶粒细化剂细化机理主要观点, 即硼化物理论、相图/包晶理论、包晶壳理论、超形核理论、二重形核理论等,同时阐述了铝钛硼晶粒细化机理的最新研究成果。 关键词 铝钛硼 二硼化钛 三铝化钛 形核中图分类号:TG292 文献标识码: AAl-Ti-B Grain Refinement  MechanismTANG Haoyuan,CHEN Yue,YANG Gang,FANG Shuming ,XU Tao,ZHANG Su(Kunming Metallurgical Research Institute,Kunming  650031)Abstract This article starts from the Al-Ti-B master alloys.The main metal compounds in the Al-Ti-B isTiAl3and TiB2.Both metal compounds play a leading  role in the aluminum and aluminum grain refinement.The mainpoints of grain refiner refinement mechanism,including Boride theory,phase diagram/package crystal theory,packagecrystal shell theory,super nucleation theory and double nucleation theory are analyzed.Moreover,the latest researchresult of Al-Ti-B grain refinement mechanism are exp ounded.Key  words Al-Ti-B,TiB2,TiAl3,nucleation 汤皓元: 男,1979年生,硕士研究生,助理工程师,主要研究方向为铝及铝合金晶粒细化技术 E-mail:keko800403@163.com 随着社会的发展, 铝及铝合金的需求量不断攀升,并且铝的高端产品需求量也不断增加。铝及铝合金生产厂家迫切需要改善其加工工艺、提高成材率及节约原材料和能源,铝钛硼丝晶粒细化剂应运而生,广泛应用于铝及铝合金生产中。为了改善铝钛硼合金的晶粒细化性能,世界各国学者就其细化机理进行了大量的研究,普遍认为Al-Ti-B合金的晶粒细化作用主要是合金中金属化合物在熔体冷却过程中的行为来实现的, 合金中金属化合物的种类、形态、尺寸及分布对细化机理研究极为重要。由于从熔体的结晶过程直接获取数据相当困难, 而且影响金属结晶过程的因素又非常复杂,因此关于Al-Ti-B合金的细化机理众说纷纭,没有形成统一的观点和理论。 1 Al-Ti- B合金中的金属化合物Al-Ti- B合金中金属化合物可分为3类[1] :铝化物、硼化物及亚稳相颗粒。铝化物主要是三铝化钛,硼化物主要是二 硼化铝、二硼化钛,亚稳相主要是TiAlx、(Al,Ti)B2。 1.1 铝化物 三铝化钛是体心正方晶胞[2] ,颗粒的尺寸为30~ 100μ m,在合金中有片状、花瓣状、块状3种形态[3] 。3种形态的三铝化钛都有相同的晶体结构,都是从(100) 面开始长大,只因结晶条件的差异导致堆叠方式不同,进而导致形态不同。合金进入铝熔体后,不同形态的三铝化钛在铝熔体中的熔解时间不同,其中片状三铝化钛是二维枝晶方式生长, 只有(001)晶面面向熔体,因此熔解慢,完全熔解所用的时间也长。而块状三铝化钛是由三维生长等轴晶体, 多面面向熔体,因此熔解快,完全熔解所用的时间也短,因此晶粒细化作用时间短。为了解决块状三铝化钛晶粒细化作用时间短的问题,一般将含这种形态的合金做成杆线状,在铝液流槽内动态(在线)加入,细化作用时间为30~60s。花瓣状三铝化钛的熔解和细化效果介于片状与块状之间。而生产中使用的Al-Ti-B合金,通常含有3种形态的三铝化钛,只是3种形态的三铝化钛所占的比例不同。当Al-Ti- B合金进入熔体后,块状三铝化钛比花瓣状和片状三铝化钛熔解快,块状的三铝化钛迅速熔解而起形核作用。其他两种形态的三铝化钛因为形核能力稍低,其形核潜能受到块状三铝化钛的限制。当块状三铝化钛溶解到一定程度,花瓣状和片状三铝化钛相继以稍低的形核能力在稍低的温度下起形核作用。 1.2 硼化物 硼化物主要有二硼化铝和二硼化钛,二硼化钛和二硼化 铝是六方晶体,颗粒的尺寸为0.05~3μ m。Arnberg等[2] 研究发现,Al-Ti- B合金刚加入熔体时,硼化物除了有二硼化钛、二硼化铝外,还有(Al,Ti)B2相。然而经过3 h保温后只有二硼化钛相存在,从而说明合金中只有二硼化钛相是稳定的硼化物。 同时大部分学者也认为二硼化钛是起主要细化作用的硼化物,而二硼化铝颗粒被认为只在没有三铝化钛和二硼化钛相时才能成为核心。 · 331·铝钛硼晶粒细化机理/汤皓元等

AlAl-Ti-B晶粒细化机理解析

Al/Al-Ti-B晶粒细化机理 摘要:Al-Ti-B是很多Al合金运用最广泛的细化剂。然而,经过60年的深入研究,晶粒细化的确切机制尚不清楚。本工作的目的是使我们进一步了解涉及Al-Ti-B系晶粒细化剂的晶粒细化机制。广泛的高分辨率电子显微镜的调查证实了在(0 0 0 1)TiB2表面存在富Ti膜,这是最有可能是二维(1 1 2)Al3Ti复合。进一步的实验进行了调查了解TiB2颗粒的效力和二维Al3Ti的稳定性。我们的研究结果表明,TiB2颗粒的效力的显著增加是通过在其表面形成单层二维Al3Ti。二维Al3Ti 在集中Al-Ti溶液的液态Al/TiB2界面形成,尽管溶于稀Al-Ti溶液,但是两者的形成和二维Al3Ti溶解的相对缓慢。Al-5Ti-1B晶粒细化剂显著细化晶粒直接归因于在添加晶粒细化剂之后强化了TiB2颗粒的效力和二维Al3Ti和溶解有足够的游离Ti实现柱状晶向等轴晶转变。 关键词:晶粒细化;形核;铝;TiB2;界面层 1前言 铝合金晶粒细化是可取的因为它有利于铸造工艺,减少铸造缺陷,因此可以提高铸件质量[1]。实现晶粒细化铸态组织,通过晶粒细化剂的添加化学接种已经成为一种常见的工业应用[2]。最广泛使用的铝合金晶粒细化剂的Al-Ti-B中间合金(所有成分重量%,除非另有规定),其中包含了在铝基金属间化合物Al3Ti 和TiB2粒子。Al-Ti-B中间合金含有2.8%的过剩Ti大于TiB2的化学计量比(即2.2:1,%)。Al-Ti-B中间合金对大多数形核过冷度小于1K铝合金的晶粒细化非常有效[2]。从介绍Al-Ti-B系晶粒细化剂已经超过60年[3],已作出了巨大的努力去理解晶粒细化的机制,这已成为一些综述文章的主题(例如,[2,4,5])。然而,直到现在,涉及Al-Ti-B晶粒细化剂的确切细化机制尚未达成共识[5]。 在上世纪50年代,Cibula首先提出硬质合金碳-硼化物粒子理论[3]。这个理论提出了溶液中未溶解的TiB2作为非均匀形核的核心。然而,Mohanty和Gruzleski [6]观察到硼化物被推到晶界,是在没有Ti溶质的情况下没有观察到晶

微合金晶粒细化方法及原因

微合金晶粒细化方法及原因 (壹佰钢铁网推荐)一般的晶粒细化方法是在炼钢过程中向钢液添加微合金元素(Nb、 V、 Ti、 B、 N 等)进行变质处理 ,以提供大量的弥散质点促进非均质形核 ,从而使钢液凝固后获得更多的细晶粒。这种微合金化(合金的总质量分数小于 0.1 %)是比较有效的细化钢铁材料晶粒的方法之一。在一定范围内 ,随微合金元素含量的增加 ,铁素体晶粒越细小。 晶粒细化原因有两方面:一方面,某些固溶合金化元素(W ,Mo ,Mn 等)的加入提高了钢的再结晶温度,同时也可降低在一定温度下晶粒长大的速度;另一方面,某些强碳化物形成元素(如 Nb ,V , Ti等)与钢中的碳或氮形成尺寸为纳米级历史老照片不能说的秘密慈禧军阀明末清初文革晚清 (20~100 nm)的化合物,钉扎晶界 ,对晶粒增长有强烈的阻碍作用 ,并且当这种纳米级化合物所占体积分数为 2 %时 ,对组织的细化效果最好。 铌是钢中常加入的微合金元素 ,通常加入量小于 0.05 %,在钢中形成 NbC、 NbN 的化合物 ,在再结晶过程中 ,因 NbC、NbN 对位错的钉扎和阻止亚晶界迁移可大大延长再结晶时间 ,而且铌阻止奥氏体回复、再结晶的作用最强烈,当钢中 w (Nb) = 0.03 %时 ,即可将完全再结晶所需的最低温度提高到 950 ℃左右,钢中加入铌 ,并通过再结晶控轧技术可使铁素体晶粒尺寸细化到6μm。钒与碳和氮有较强的亲和力 ,形成 V (C ,N)的弥散小颗粒 ,对奥氏体晶界有钉扎作用,可阻碍奥氏体晶界迁移 ,即阻止奥氏体晶粒长大,并提高钢的粗化温度;同时形成的 V(C ,N)在奥氏体向铁素体转变期间在相界面析出,有效阻止了铁素体晶粒长大,起到细化铁素体晶粒的作用。通常,钢中钒加入量控制在 0.04 %~0.12 %范围。高温下,钢中钛以 TiN、 TiC弥散析出,可以成为钢液凝固时的固体晶核,有利于结晶,细化钢的组织。 钛也是极活泼的金属元素 ,能与铁和碳生成难溶的碳化物质点 ,富集在晶界处 ,阻止晶粒粗化。通常钛的加入量应大于 0.025 %。合金元素一般是以复合形式加入钢中 ,而且复合合金化处理效果比单一合金化处理效果更好。微合金化元素对形变诱导相变也有影响 ,铌可提高形变诱导相变温度 ,扩大形变诱导变形区 ,更易获得超细晶铁素体。钢中碳含量降至超低碳范围时,也容易发生形变诱导相变 ,并获得超细晶粒。但单纯的微合金化细化技术对钢铁材料组织细化有较大的局限性 ,因此应结合一定的热处理工艺进行综合细化 ,才能获得较好的效果。(壹佰钢铁网推荐)

汽轮机末级叶片的水蚀及防护

汽轮机低压末级叶片腐蚀原因分析 及其表面防护处理 摘要:随着电站汽轮机大容量化,叶片的安全可靠性和保持高效率显得尤其重要。叶片是汽轮机的关键零件之一。它在极苛刻的条件下承受高温、高压、巨大的离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的共同作用。因此很有必要及时调查研究、分析、总结叶片尤其是末级和调节级叶片发生的各种损伤原因及防止发生损伤的各种措施。本文着重研究分析汽轮机低压末级叶片腐蚀原因及其表面防护处理。 关键词:末级叶片;腐蚀;表面防护 Abstract:with the large-capacity turbine hydropower station, the safety and reliability of the blade and keep high efficiency are especially important. The blade is one of the key parts of the steam turbine. It very hard in under the condition of high temperature, high voltage, and huge bear the centrifugal force, steam force, steam-excited vibration, corrosion and vibration and the wet steam area of water erosion work together. So it is necessary to research, analysis, summarizes the last stage blade especially and adjust stage blade happen all kinds of injury reason and prevent the occurrence of injury of the various measures. This paper analysis the steam turbine low pressure the last stage blade causes of corrosion and its

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