熱等靜壓技術在鎳基鑄造高溫合金領域的應用研究

騫磊 北京航空材料研究院先進高溫結構材料重點實驗室

鎳基鑄造高溫合金作為航空發動機制造中的重要材料之一，其在能源工業和航天等多個領域中都得到了有效應用，這種材料的穩定性直接影響著我國航天和能源等工業的發展，所以需要加強熱等靜壓技術在高溫合金制造的應用，強化高溫合金的綜合性能，對其進行有效改進。基于此，本文對熱等靜壓技術在鎳基鑄造高溫合金領域中的應用情況進行了分析。

一、熱等靜壓對鑄造高溫合金組織的影響

首先，技術人員在對熱等靜壓技術進行應用時，需要明確不同的HIP 參數對高溫合金鑄件孔隙率帶來的影響。其次，由于在熱等靜壓中會涉及工藝參數，如溫度和保壓時間等，并且不同工藝參數在提高鑄件組織致密性等方面也存在非常大的差異性。就拿溫度來說，如果在具體的操作中，熱等靜壓溫度高于γ’相溶解溫度，這個時候鎳基單晶高溫合金就會出現軟化，其本身的塑性也會顯著提高，有利于孔洞的閉合[1]。

但是，當溫度接近合金固相線溫度的時候，技術人員需要注意，此時材料內部會有再結晶以及初熔的風險。因此，在應用熱等靜壓技術時，需要注意針對不同的合金材料特性及產品結構對鑄件熱等靜壓工藝參數進行分析研究，尋找最優解。

熱等靜壓處理還會對合金的組織性能控制帶來影響，所以需要結合實際的操作情況，選擇出工藝參數的最優匹配方案，只有完成上述方案才可以獲得綜合性能好的高溫合金鑄件，進而充分發揮熱等靜壓技術的優勢。技術人員對單晶高溫合金進行了分析，主要對其中的溫度進行了控制，通過對顯微疏松等情況的影響，實現對熱等靜壓處理技術地合理應用，解決其中的質量問題。因此，在應用熱等靜壓技術處理合金時，需要注意對參數和溫度等因素的控制，進一步提高熱等鎳基鑄造高溫合金的質量。

二、熱等靜壓技術在高溫合金領域中的應用

（一）高溫合金

在對熱等靜壓技術進行應用時，需要注意其工藝特性，其主要特點為高溫高壓，讓金屬、陶瓷制品經受各向同等壓力。在科學技術不斷發展的背景下，鑄造高溫合金的鑄件服役環境也越來越嚴格，其結構也越來越精密復雜，對高溫合金鑄造技術也提出了新要求。

然而，受到一些客觀因素的影響，所以在具體的高溫合金鑄造過程中，還存在疏松等孔洞類缺陷，如果不對其進行有效控制，就會導致合金綜合力學不斷下降。因此，需要加強熱等靜壓技術在其中的應用，讓合金的密度可以達到理論密度的99.7%，發揮材料本身的綜合性能，優化精鑄件生產流程[2]。

但是，在這些疏松閉合的時候，可能會出現再結晶問題，并且再結晶前后的組織和形貌也是完全不同的，這在一定程度上大大降低了合金的性能。因此，需要應用熱等靜壓處理技術對高溫合金進行處理，預防其在閉合的同時，出現再結晶。

在20 世紀80 年代，還陸續出現了一些熱等靜壓技術在等軸晶合金領域的應用報道，此技術可以提高等軸晶鑄件組織性能，同時可以作為鑄件內部孔洞缺陷的補救措施，提高等軸晶高溫合金鑄件的冶金合格率。

（二）單晶高溫合金恢復處理中的應用

如今，在我國整體經濟水平不斷提高的背景下，制造業中的設備和材料也越來越多。高溫合金是航空發動機和燃氣輪機制造過程中的主要部件，需要分析這些部件的特點，應用新技術提高這些部件的穩定性。由于高溫合金可以高溫下承受復雜的應力，所以其在具體的應用中，可以提高整體結構的穩定性，但是這種部件在使用中也會產生組織上的損傷，要對其進行及時更換，對已損傷的材料進行修復[4]。

熱等靜壓技術是一種新型的材料處理技術，其不僅可以讓材料在高溫高壓下出現塑性變形。還可以增強元素的擴散能力，可以促進金屬材料損傷的修復。

三、熱等靜壓技術的發展

熱等靜壓處理技術雖然可以提高高溫合金的綜合力學性能，但是其工藝過程效率比較低。如，Avure 公司的設備制造商，采用了預熱熱等靜壓工藝對鎳基鑄造高溫合金進行了相關的處理，其生產周期降低到了 5h以下[5]。

因此，為了保證此技術應用的有效性，目前在大型的熱等靜壓設備中都會融入URC（預熱熱等靜壓工藝）技術，提高工作效率，并且最近幾年發展起來的液態介質熱等靜壓技術也在高溫合金領域得到了一定的應用。這種技術主要是利用熔鹽類物質作為制造中的介質，不僅可以降低生產成本，本身的安全性也是非常高的。

四、結束語

現如今，加強熱等靜壓技術在鎳基鑄造高溫合金領域的有效應用，為我國制造行業的發展提供了更多的優勢。這種技術不僅可以提高合金的力學性能，還能夠延長鑄件的使用壽命。但是，當前我國對熱等靜壓技術的研究還處于探索階 段，要想發揮此技術的最大價值，還需要在壓力、溫度和時間等多個方面，對其進行進一步的研究，從而保證鎳基鑄造高溫合金應用的可靠性。