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紧固件类变形高温合金

/wrought superalloy for fastener applications/
条目作者王涛

王涛

最后更新 2022-12-24
浏览 131
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经熔炼、锻造、热轧、冷拔等工艺成型,用于制作航空发动机、地面燃气轮机等重大装备所必需的基础连接件的变形高温合金

英文名称
wrought superalloy for fastener applications
所属学科
航空宇航科学与技术

紧固件类变形高温合金的主要强化方式是时效沉淀强化加冷作硬化强化的复合强化,主要应用品种为冷拔棒材和热轧棒材,用于制作螺栓、螺母、螺杆、螺套、螺钉、垫片等紧固件。所制作的紧固件主要用于转动轮盘间、轮盘与轴间、机匣间各部件的安装定位,服役过程中承受拉应力、剪切应力和扭转应力,工作环境复杂。

20世纪60年代,美国开始采用铁基变形高温合金替代结构钢制造紧固件,用于飞机和航空发动机构件的连接。到70年代,美国飞机和航空发动机上已很少使用结构钢紧固件,同时为了提升强度水平,采用镍基变形高温合金制造紧固件。为了满足航空发动机高转速轮盘间的连接需求,美国于70年代末开发出紧固件专用高温高强多相合金MP159,用该合金制造的螺栓强度超过1800兆帕,承温能力接近600℃。进入90年代,美国又推出了可在730℃使用的高强高温紧固件合金,其强度级别达1800兆帕,最高使用温度可达760℃,获得了广泛应用。

紧固件类变形高温合金通常具有强度高、无缺口敏感性、抗剪切能力强、抗腐蚀性能好、膨胀系数低、冷加工性能好等特点;通常为冷拔态或冷拔+固溶热处理态的圆棒型材、扁型材,随后经过镦制、机加工、滚丝、热处理、表面处理等工艺制备出组织性能、外观尺寸满足使用要求的紧固件。紧固件类变形高温合金向着高强度、耐高温、低膨胀系数、高抗腐蚀性方向发展:①高强度。即从最初的几百兆帕发展至2000兆帕强度等级。②耐高温。承温能力可以达到850℃。③低膨胀系数。即通过降低膨胀系数,来实现降低装配应力,提升紧固件的使用寿命和安全性。④高抗腐蚀性。合金中添加铬、钴等元素,提升材料的抗海洋环境腐蚀、抗酸腐蚀、抗氧化腐蚀等能力。

紧固件的制造工艺也非常复杂,制造工序通常超过30道,每道工序或影响紧固件的组织性能或影响紧固件的尺寸精度。为了确保紧固件使用时的安全可靠性及产品批次质量稳定性,需要掌握材料-制造工艺-紧固件组织性能和外观尺寸精度的关联性。航空发动机用紧固件在应用前还需开展大量的考核验证工作,主要包括紧固件的安装工艺与验证、静强度考核、持久/蠕变性能和疲劳性能考核、环境适用性考核、部件和整机考核等。

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