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耐高温抗压力合金生产工艺

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需求企业:河北**科技有限公司

需求提出人:项目负责人


公司主营业务:加工、制造、销售商用汽车制动器元件、商用汽车制动器总成;商用汽车零部件的加工、制造和销售;生产、销售驱动车桥及配件。

需求背景及现状:

希望可以解决重载盘式刹车系统的制动盘抗高温热疲劳性能问题

目前主要采取的措施:

1、调整球墨铸铁的合金元素比例,降低硫磷含量,增加镍元素;

2、制动盘表面强化;

制动盘(因为高温交变应力引起)的龟裂、开裂现象有一定改善,但这个问题没有完全解决,希望与在铁基材料的抗“高温蠕变”或者抗“高温应力下的龟裂开裂”方面有深入研究的高校、科研院所展开合作。

公司预期:

1、满足制动盘基本性能:耐磨性好、经济成本低

2、解决制动盘在高温时受到压应力引起的龟裂、开裂现象。

迈科技需求分析:

刹车有盘刹、鼓刹和气刹车。盘刹较鼓刹的散热好,在高速制动状态下,不容易产生热衰退,所以其高速制动效果好。但在低速冷闸时,制动效果不如鼓刹,价格比鼓刹贵。所以很多中高级轿车采用全盘刹,而普通轿车采用前盘后鼓,而相对低速,且需要制动力大的卡车、巴士,仍采用鼓刹。盘刹用的刹车盘,简单来说就是一个圆的盘子,车子行进时它也是转动的。制动卡钳夹住刹车盘而产生制动力的,踩刹车时就是它夹住刹车盘起到减速或者停车的作用。刹车盘的材质是采用我国的灰铸铁,化学成分三大主要元素的要求分别是:C:3.1∽3.4 Si:1.9∽2.3 Mn:0.6∽0.9。机械性能要求:抗拉强度>=206MPa,抗弯强度>=1000MPa,挠度>=5.1mm,硬度要求在:187∽241HBS之间。汽车制动过程是由刹车泵流出的液压油对刹车钳的活塞产生推力, 推动刹车片对刹车盘施加压力, 刹车片与刹车盘产生摩擦力, 将汽车的动能转换成热能。刹车是个循环不断的过程, 使刹车盘一直处在冷热交替的过程之中易产生疲劳裂纹, 影响使用寿命。金属材料在恒温、恒载荷的长期作用下缓慢的产生塑性变形的现象,称为蠕变,温度对金属蠕变的影响很大。目前,主要采用增加合金中镍含量的方法,和一些热处理的方法如固溶处理、时效处理降低金属蠕变的影响。

综上所述,迈科技结合金属高温蠕变现象和和企业的诉求,提炼出如下关键词热处理、高温合金、应力腐蚀开裂、球墨铸铁。通过迈科技专家库,为企业推荐了四位在高温合金,金属热处理方面的名师,可以为该需求提出一些建设性的指导或建议。

迈科技提取关键词:

热处理|高温合金|应力腐蚀开裂|球墨铸铁


技术方 1

董建新 北京科技大学

董建新教授主要研究方向为高温合金、耐热耐蚀合金、材料仿真和优化设计。负责和承担有关国家自然科学基金重点和面上项目、“863”“973”、国家支撑计划、军工攻关课题,以及国际合作课题和重大厂协课题等。


研究方向


高温合金、耐热耐蚀合金、特殊钢、材料仿真和优化设计。


产业合作经验、科研成果、专利论文

【发明专利】
一种高纯净低夹杂镍基粉末高温合金及其制备方法和应用
摘要: 本发明属于高温用合金钢领域,特别涉及一种适用于制备在850℃左右使用时对高温强度、蠕变与疲劳等苛刻受力条件下要求较高的高温合金部件的高纯净低夹杂镍基粉末高温合金及其制备方法和应用,该高温合金具有较高的γ′相组织结构,晶界为少量碳化物颗粒析出相,晶内为高稳定性的γ′强化相,尺寸为20‑100nm。两相的完美组合不仅实现了组织的优化匹配,更重要的是该合金具有超低夹杂高纯净特点,有利于实现低缺陷控制的粉末高温合金制备。该合金制备过程可实现短流程合金的制备,大大降低了制备成本。

一种应用于超大型镍基高温合金涡轮盘锻造的包套方法

摘要: 本发明公开了一种应用于超大型镍基高温合金涡轮盘锻造包套方法,它涉及镍基高温合金在涡轮盘锻造过程中加热包套方法,本发明通过如下步骤实现:步骤1.将初始圆柱形高温合金坯料进行加热保温;步骤2.将加热保温后的高温合金坯料进行热包套;步骤3.热包套后的高温合金坯料回炉进行加热保温。本发明避免传统包套方法致使高温合金坯料在炉内加热时间过长、软包套容易脱落、夹持易破损等问题,可有效减少高温合金坯料转运锻造过程中温度降低问题,避免锻件变形过程中开裂、有效降低锻件变形抗力,可获得理想的晶粒组织。

【期刊论文】

Ni-Cr-Co基高温合金704℃和760℃时效组织稳定性《中国有色金属学报》

摘要:利用热力学计算、SEM、TEM和相分析研究了一种新型Ni-Cr-Co基高温合金在704℃和760℃长期时效至2000h后的组织变化.结果表明: 该合金标准热处理态和在704℃长期时效后的析出相有MC, M23C6, M6C和γ′, 在760℃长期时效后还析出了η相.随时效时间增加, γ′(+η)及碳化物MC, M23C6和M6C的含量变化很小, 化学组成稳定, 但γ′相粗化明显.该合金在760℃时效时,η相的析出随时效时间的增加而加剧, 并且呈魏氏体分布.新合金在704℃长期时效时具有良好的组织稳定性,但在760℃时效时组织稳定性较差。

组织损伤对Cr35Ni45Nb钢蠕变持久寿命的影响《材料热处理学报》

摘要:以Cr35 Ni45 Nb合金钢为对象进行一系列高温蠕变持久试验,并采用SEM、EDS等对试样外表面、横截面及断口进行了观察分析.结果表明,蠕变过程中Cr35Ni45Nb的氧化腐蚀对持久寿命的影响较大,它主要取决于表面氧化膜破裂-自修复和内氧化两种行为的耦合过程;当氧化膜失去保护作用后,严重的内氧化过程将逐渐向心部扩展,使得晶界强度急剧弱化,材料的有效承载面积减小,从而加速材料的蠕变进程.另外,高温应力环境下Cr35Ni45Nb钢中会同时发生一次碳化物聚合粗化、析出相粒子数目减少、内氧化等化学损伤,以及蠕变空洞的形核长大甚至裂纹的形成等机械应力损伤,这两种损伤相互促进,导致炉管材料组织及力学性能弱化,持久寿命降低,Larson-Miller参数法外推的持久寿命发生一定程度的偏离。


技术方2

郭建亭 中国科学院金属研究所

郭建亭,材料科学家和高温合金专家,中国科学院金属研究所研究员,中国科学院研究生院教授博士生导师。从事高温合金和高温金属间化合物研究长达48年。先后担任中科院金属所高温合金研究室副主任、主任。同时,兼任中国金属学会高温材料分会副理事长,中国材料学会金属间化合物和非晶分会副理事长,金属间化合物第一届委员会主任委员,并曾兼任中国航空学会金属材料专业委员会主任和辽宁省材料学会副理事长多年。他先后主持、负责并完成十余项国家高技术新材料重大科研项目,先后研制成功十多种高温合金,用于国防建设和国发民经济不同部门。


研究方向:高温结构材料


产业合作经验、科研成果、专利论文

【发明专利】
 一种铁镍铬基变形高温合金
摘要: 一种铁镍铬基变形高温合金,其主要特征在于它的组成成分如下:C Al Ti W0.04-0.110.30-0.80 0.80-1.30 2.50-3.5Ni Cr B Ce35.00-40.00 20.00-23.00 0.003-0.01 0.05(加入量)Fe余。其中杂质含量Si≤0.08,Mn≤0.70,S≤0.02,P≤0.03其热加工工艺为:加热温度:1000-1170℃,保温时间:1-2小时,开锻温度≥1000℃,停锻温度>930℃,热处理工艺为:固溶强化1000-1120℃,2-4小时水冷;时效强化:680-800℃,16小时,空冷。

一种定向凝固优质铸造镍基高温合金

摘要: 本发明涉及金属材料,具体地说是一种优质铸造镍基高温合金。采用化学成分为C,0.01~0.30%;Cr,8~10%;Al,4~6%;Ti,3.5~5.5%;Mo,2~4%;Co,8~12%;V,0.3~1.2%;B,0.005~0.030%;#O&Y,0.00~0.50%;Ni,余;S≤0.008%;P≤0.005%;Fe≤0.5%;Si≤0.2%;Mn≤0.2%;Pb≤0.005%;As≤0.001%;Sb≤0.001%;Bi≤0.005%;Sn≤0.001%(均为重量百分比)的合金材料。本定向凝固优质铸造镍基高温合金,可以满足航空、航天、舰船和发电等燃气涡轮用高温零部件的需求。

【科技成果】

GH135合金在热成型模具方面的应用

成果简介:GH135合金原是用作燃气轮机涡轮盘材料的铁基高温合金。近些年来已在民用领域获得多种应用。已成功地用于热压冲头、水压机和锻锤镶块砧、摆辗机摆辗模、玻璃锥管芯模、铜合金压铸模等模具的制作。其中制作水压机和锻锤镶块砧技术已解决。在掌握该合金切削加工特性的情况下,也可以加工成各种热成型模具,质量显著优于5CrNiMo和3Cr2W8,并为热处理制度的建立提供了依据。

【科技成果】

抗热腐蚀高温合金的蠕变组织及其转变《钢铁研究学报》

摘要:研究了一种新型铸造高温合金K44在高温拉伸蠕变实验中的组织转变.通过光学及电子显微镜观察了合金的铸态组织及高温蠕变过程中不同阶段的组织特征;重点探讨了合金中γ'相的沉淀筏形化、定向粗化及位错与其交互作用.结果表明,多晶高温合金中γ'相的筏形化方向与内应力有关;位错与γ'相的相互作用使加速蠕变阶段较长.蠕变过程中,碳化物形状由骨架状分散为条片状,共晶胞界处γ'相沉淀析出球状γ相;沿着拉伸应力轴方向,从试样根部到断口,滑移系开动数量增多,γ'相的变形越来越大。



 3

刘耀辉 吉林大学

刘耀辉教授,一直从事金属基复合材料及铸造材料的开发与研究。在新一代高性能铸铁、镁合金及其在汽车零件上应用的研究也取得了理论和应用成果。先后承担及完成科研项目30余项,其中国家项目5项(国家自然科学基金4项,中国博士后基金1项),部省级项目16项。获部省级科技进步二等奖2项,三等奖2项,四等奖1项,冶金优秀成果奖1项。获吉林省优秀教学成果一等奖、二等奖各1项,获国家发明专利3项。发表科研、教改论文近100篇,其中国内外著名期刊发表论文40余篇,国际会议发表论文6篇,共有30余篇论文被“SCI”和“EI”等检索机构所收录。


向:金属基复合材料及铸造材料的开发与研究


刘耀辉教授在高强铸铁及其复合化研究方面取得了新的重大进展,承担了多项省市重大研究项目,所承担的吉林省科技厅重点攻关项目“捷达轿车五气门发动机曲轴材料及毛坯国产化”研究项目取得了重要突破。和一汽大众企业合作,取得了较大的经济效益。近几年,刘耀辉教授及所领导的研究梯队开始开展汽车用轻合金材料开发与应用研究,开发的高抗蠕变镁合金申报了国家发明专利,应用在汽车罩盖、踏板等零件上,正在与一汽集团公司合作开展镁合金汽车件接触与连接腐蚀及其防护研究,将为我国汽车行业镁合金大规模国产化奠定基础和搭建平台。
【发明专利
高强度球墨铸铁及其制造方法
摘要: 本发明公开了一种高强度球墨铸铁及其制造方法,合金化学成分分别为(按重量百分比):C:3.5~3.7%、Si:2.0~2.3%、P≤0.07%、S≤0.02%,Mn的含量为0.4%-0.8%,Cu的含量为0.3%-0.9%;剩余部分由Fe和不可避免的杂质组成。在节约能源,降低成本的同时获得满足曲轴的组织和性能要求的前提下,通过在壳型填铁丸工艺条件下,向合适成分下的球墨铸铁中加入适量的Mn,Cu,通过Mn,Cu对球铁微观组织的改变来提高机械性能。通过壳型填铁丸铸造工艺,克服了传统轴类零件铸造方法生产的不足,从而提供了一种新型的曲轴球铁材料和制造工艺方法。

耐热球铁冲压模具镶块材料

本发明公开了一种耐热球铁冲压模具镶块材料。旨在克服现有模具钢成本高的问题,提供一种适合于较厚钢板在高温下冲压成型的模具材料。该模具材料的组分与按重量百分比的含量为:C:2.4~2.9%,Si:4.0~6.0%,Mn:0.3~1.2%,Cr:0.3~1.2%,余量为Fe。采用碱性中频感应电炉熔炼。首先将生铁和废钢在炉中化清,然后加入合金,调整合金成分,待铁合金化清后,扒掉铁液表面炉渣,最后出炉浇注。该材料性能是:抗拉强度达到505MPa以上;在800℃保温150小时,氧化速度低于0.20g/m2h,属耐热材料;在25℃-800℃循环2000次,疲劳裂纹长度低于1.2mm,优于耐热灰铸铁的性能。

【会议论文

合金元素对球墨铸铁抗高温氧化性能的影响【2010重庆市铸造年会】

摘要:研究了合金元素对球墨铸铁抗高温氧化性能的影响。结果表明:(1)抗高温氧化性最佳的耐热球墨铸铁模具材料的成分为:w(Si)5.0%、w(Mn)0.8%、w(Mo)0.5%、w(Cr)1.4%。Si、Mo、Cr元素的质量分数越高,抗氧化性越好,但Mn元素的质量分数应该适中。(2)Si对抗高温氧化性有重要影响;Mo的影响程度仅次于Si;Mn的影响最小;Cr的影响与Mn相近,但比Mn稍强。


技术方 4

姚志浩 北京科技大学

姚志浩副教授,作为负责人先后承担课题多项:主持国防973重大基础粉末高温合金子课题、国防关键变形高温合金进口替代“一条龙”子项目、国家自然科学基金(面上)、国家自然科学基金(青年)项目、教育部博士学科点基金、北京市自然科学基金、中央高校基本科研业务基金等,作为技术负责人全程参与并成功完成中国最大直径GH864/GH4738高温合金涡轮盘国产化研制。与中国重燃、中国航发、中航工业、钢铁研究总院、上海电气、上海成套设备、抚钢、宝钢、太钢、攀钢及北冶等企业交流合作研发优化及创新设计新材料等。


研究方向


高温合金/耐蚀耐热合金(变形、粉末、铸造)组织、工艺与性能关联性优化控制研究;

高温合金组织设计与控制及其微量元素作用及偏聚行为;

高温合金制备工艺(合金优化、冶炼、铸造、成形、热处理)优化;

高温合金服役过程组织及性能稳定性控制及寿命预测;

高温合金疲劳/蠕变裂纹扩展等力学行为评价; 


产业合作经验、科研成果、专利论文

【发明专利】

一种难变形镍基高温合金超塑性成形方法

摘要:本发明一种难变形高温合金超塑性成形方法,它涉及一种难变形镍基高温合金超塑性成形工艺方法,本发明是要解决现有的制备高强化相含量的难变形镍基高温合金成形困难,变形抗力大、易开裂及再结晶困难等问题。本发明中一种实现难变形镍基高温合金超塑性成形方法通过如下步骤来实现:一、等温条件下进行锻造;二、亚固溶温度变形;三、应变速率为0.0001-0.005s-1范围。采用本发明方法可以将难变形高温合金热变形更加容易,进而达到超塑性成形。本发明可应用于航空航天领域镍基高温合金涡轮盘的制备和其他高温环境下使用的高温盘锻件制备。

【期刊论文】

多元组织因素对GH4738合金疲劳裂纹扩展速率的综合影响【第十三届中国高温合金年会】

摘要:测定了不同微观组织形貌的GH4738合金在650℃空气环境中的疲劳裂纹扩展速率,用一种多参数的方法来研究不同晶粒尺寸、γ'尺寸、碳化物的析出尺寸及连续度对合金疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明,这种多参数法可以很好的表征不同组织因素对GH4738合金疲劳性能的影响,增大晶粒尺寸和碳化物的连续度可以降低疲劳裂纹的扩展速率,应力强度因子、γ'尺寸和碳化物尺寸增加不同程度的促进了裂纹的扩展速率。

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