GH2136高溫合金蝶型彈簧熱處理工藝研究

盛昆川， 吳欽順， 于林光， 王勇

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

0 引言

1）碟形彈簧在載荷作用方向上尺寸較小，且能在很小變形時(shí)承受很大載荷，軸向空間緊湊。與其他類型的彈簧比較，其單位體積材料的變形能較大。具有較好的緩沖吸振能力。特別是在采用疊加組合時(shí)，由于表面摩擦阻尼作用，吸收和消散能量的作用更加顯著。

2）碟形彈簧具有變剛度特性。利用不同的組合方式和改變單片的幾何尺寸，可以得到不同的彈簧特性曲線。可成為直線型、漸增型、漸減型或者是它們的組合形式。此外還可以通過(guò)不同厚度碟片組合或取不同片數(shù)疊合碟片的組合得到變剛度特性。

3）由于改變碟片的數(shù)量或碟片的組合形式，可以得到不同的承載能力，因此每種尺寸的碟片，都具有很廣泛的適用范圍。這就使備件的準(zhǔn)備和管理比較容易。

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及工藝參數(shù)的確定

我公司對(duì)1 000 MW核電機(jī)組高溫合金蝶型彈簧材質(zhì)GH2136（圖號(hào)CCH01.072.4.003）要求見表1。

表1 GH2136高溫合金蝶型彈簧的力學(xué)性能

技術(shù)要求：1）該彈簧使用時(shí)每4個(gè)為1組對(duì)合使用，除單個(gè)彈簧外，還需測(cè)量復(fù)核后的參數(shù)要求，測(cè)量合格后按組保存，不得與其他組混合；2）三類彈簧，2級(jí)精度；3）表面處理滾磨，硬度要求≥35.5 HRC；4）使用環(huán)境溫度最高600℃，使用場(chǎng)合為室內(nèi)，使用狀態(tài)為靜態(tài)。

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫和一定壓力作用下長(zhǎng)期工作的一類金屬材料，其具備較高的高溫強(qiáng)度，良好的抗熱腐蝕和抗氧化性能。基于上述特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)及動(dòng)力機(jī)械的熱端部件。

GH2136屬于鐵基高溫合金，目前使用的鐵基合金含鎳量高達(dá)25%～60%。這類鐵基合金有時(shí)也成為鐵鎳基合金，為單一的奧氏體組織。其為時(shí)效強(qiáng)化型高溫合金，必須要先進(jìn)行中間處理也稱穩(wěn)定化處理，目的是使合金晶界解析出一定量的各種碳化物和硼化物相顆粒，提高晶界強(qiáng)度。使晶界及晶內(nèi)析出較大顆粒的γ′相，從而使晶界、晶內(nèi)強(qiáng)度得到協(xié)調(diào)配合，提高合金高溫持久性能蠕變壽命和持久伸長(zhǎng)率，改善合金長(zhǎng)期使用的組織穩(wěn)定性。之后進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理過(guò)程中，在合金基體上析出一定數(shù)量和尺寸較小的強(qiáng)化相γ′相以及碳化物等，以達(dá)到合金強(qiáng)化的目的。γ′相是高溫合金的主要強(qiáng)化相，是Cu3Au型面心立方有序結(jié)構(gòu)。Al原子位于角上，Ni原子位于面心。γ′相與基體共格（或部分共格），晶面間距十分接近。點(diǎn)陣常數(shù)也與基體相近，γ′相的晶格常數(shù)隨固溶的元素及含量不同而稍有變化。γ′相沿著基體面共移析出，隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，γ′相在基體中均勻地析出并彌散分布，它可以通過(guò)形核長(zhǎng)大的方式析出。γ′相在Fe基、Ni基合金中開始析出的溫度為500～600℃。共析出峰和溶解溫度隨Al、Ti含量及合金化程度增加而增加。因不同合金，其析出峰在650～900℃之間，溶解溫度在1 000～1 200℃范圍內(nèi)。

這里將GH2136分成3組，A1～A4第一組；B1～B4第二組；C1～C4第三組。試件采用和產(chǎn)品相同材質(zhì)及尺寸，如表2。

表2

從以上的結(jié)果可以看出，第一組A1～A4和第二組B1～B4檢查結(jié)果除硬度合格外，其余兩項(xiàng)撓度都有超標(biāo)準(zhǔn)值的范圍，從實(shí)驗(yàn)一開始就不斷地調(diào)整熱處理工藝，第一組工藝為中間處理溫度為810℃±10℃、3 h+700℃±10℃、16 h時(shí)效。第二組調(diào)整為中間處理溫度810℃±10℃、3 h+710℃±10℃、17 h時(shí)效。第三組調(diào)整為中間處理溫度820℃±10℃、2 h+730℃±10℃、18 h時(shí)效。檢查結(jié)果第三組，即C1-C4符合圖紙要求。

2 結(jié)論

GH2136蝶型彈簧采用中間處理820℃±10℃、2 h+730℃±10℃、18 h時(shí)效工藝所得到的蝶型彈簧完全符合圖紙要求。公司現(xiàn)在已經(jīng)在1 000 MW核電機(jī)組上采用了此工藝，并得到了很好的效果。此工藝對(duì)于其他的領(lǐng)域GH2136蝶形彈簧的熱處理工藝也具有推廣和指導(dǎo)的意義。

［1］ 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì).熱處理手冊(cè)［M］.北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社2008.

［2］ 徐蚌學(xué).耐熱鋼和高溫合金生產(chǎn)加工及應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.