材料性能要求
高溫合金緊固件需滿足以下關鍵性能:
高溫強度:在600℃以上仍保持高抗拉強度和蠕變抗力(如GH4169在650℃下屈服強度居變形高溫合金)。
抗氧化與抗熱腐蝕:通過合金化設計(如增加Cr、Al含量)形成保護性氧化膜,抵抗高溫氧化和腐蝕性環(huán)境。
疲勞性能:需承受交變載荷,如航空發(fā)動機振動導致的疲勞應力。
熱膨脹匹配:與連接部件(如鈦合金、不銹鋼)的熱膨脹系數(shù)相近,避免熱應力失效。
制造技術(shù)
材料制備:
采用真空感應熔煉(VIM)+真空自耗重熔(VAR)雙聯(lián)工藝,確保合金純凈度。
通過成分調(diào)控(如降低S、O雜質(zhì)含量)提升材料性能。
成型工藝:
冷鐓/溫鐓:用于螺栓頭部成型,需控制冷加工變形量以平衡強度與韌性。
軋制與拉拔:生產(chǎn)棒材,冷拉工藝可提升強度但需避免過度脆化。
表面處理:
涂層技術(shù)(如鍍鎳、鉑鋁涂層)增強抗氧化性;
自潤滑涂層(如MoS?)減少螺紋摩擦。
核心材料分類
鎳基合金
代表材料:Inconel 600、625、718等3。
性能特點:耐高溫氧化(可承受1800°F-2000°F)、抗熱腐蝕、的蠕變強度和疲勞性能13。
應用:航空發(fā)動機渦輪部件、燃氣輪機熱端組件等24。
鐵基高溫合金
代表材料:A-286(Incoloy A286)合金,含鎳30%-40%、鉻13%-15%,并添加鉬、鈦等元素。
性能特點:
在850°C以下保持高強度和抗氧化性;
通過固溶-時效處理優(yōu)化力學性能,適合交變載荷環(huán)境;
成本低于鎳基合金,是高溫緊固件的主流選擇之一。
應用:航空發(fā)動機螺栓、化工反應釜連接件等。
鈷基合金
特點:耐高溫性能,但成本較高,多用于極端腐蝕環(huán)境。
不銹鋼材料
代表材料:不銹鋼630(通過冷加工和時效硬化)、309/310(高鉻鎳含量)。
性能特點:
不銹鋼630:高強度、韌性好,適用于中等高溫環(huán)境;
310S:耐蝕性強,適合腐蝕性高溫環(huán)境。
局限:長期使用溫度通常低于鎳基合金。
GH4169(Inconel 718)
特性:沉淀強化型鎳基合金,基體為奧氏體(γ相),主要強化相為γ″和γ'(Ni3(Al,Ti,Nb))。在-253~650℃范圍內(nèi)具有的綜合性能,包括高屈服強度、抗疲勞、抗氧化、耐腐蝕及長期組織穩(wěn)定性。
應用:航空發(fā)動機緊固件(如螺栓、螺母、螺釘)、渦輪盤、機匣連接等,占高溫合金緊固件供應量的很大比例3。
強度等級:集中在1275MPa和1512MPa,適用于嚴苛的高溫承力部位。
GH2132(A286)
特性:時效硬化鐵基合金,以Fe-25Ni-15Cr為基體,通過析出γ'(Ni3(Ti,Al))相強化。在-253~500℃范圍內(nèi)具有較高的屈服強度和蠕變抗力,加工塑性和可焊性。
應用:廣泛用于生產(chǎn)航空航天用壓氣機盤、轉(zhuǎn)子葉片和緊固件等。
產(chǎn)品類型:900MPa級螺母、1100MPa級HB系列螺栓、1300MPa級NAS系列高強度螺栓等。
GH6159(MP159)
特性:鈷基高溫合金,經(jīng)冷拔和時效處理后強度可達1800MPa以上,耐高溫性能優(yōu)于鎳基合金。
應用:適用于極端高溫環(huán)境(如燃氣輪機熱端部件)的緊固件。