熱等靜壓技術(shù)在鎳基鑄造高溫合金領(lǐng)域的應(yīng)用研究

騫磊 北京航空材料研究院先進高溫結(jié)構(gòu)材料重點實驗室

鎳基鑄造高溫合金作為航空發(fā)動機制造中的重要材料之一，其在能源工業(yè)和航天等多個領(lǐng)域中都得到了有效應(yīng)用，這種材料的穩(wěn)定性直接影響著我國航天和能源等工業(yè)的發(fā)展，所以需要加強熱等靜壓技術(shù)在高溫合金制造的應(yīng)用，強化高溫合金的綜合性能，對其進行有效改進?；诖?，本文對熱等靜壓技術(shù)在鎳基鑄造高溫合金領(lǐng)域中的應(yīng)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(shù)人員在對熱等靜壓技術(shù)進行應(yīng)用時，需要明確不同的HIP 參數(shù)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(shù)，如溫度和保壓時間等，并且不同工藝參數(shù)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(xiàn)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(shù)人員需要注意，此時材料內(nèi)部會有再結(jié)晶以及初熔的風(fēng)險。因此，在應(yīng)用熱等靜壓技術(shù)時，需要注意針對不同的合金材料特性及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對鑄件熱等靜壓工藝參數(shù)進行分析研究，尋找最優(yōu)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(jié)合實際的操作情況，選擇出工藝參數(shù)的最優(yōu)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(fā)揮熱等靜壓技術(shù)的優(yōu)勢。技術(shù)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(xiàn)對熱等靜壓處理技術(shù)地合理應(yīng)用，解決其中的質(zhì)量問題。因此，在應(yīng)用熱等靜壓技術(shù)處理合金時，需要注意對參數(shù)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(zhì)量。

二、熱等靜壓技術(shù)在高溫合金領(lǐng)域中的應(yīng)用

（一）高溫合金

在對熱等靜壓技術(shù)進行應(yīng)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(jīng)受各向同等壓力。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，鑄造高溫合金的鑄件服役環(huán)境也越來越嚴格，其結(jié)構(gòu)也越來越精密復(fù)雜，對高溫合金鑄造技術(shù)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(dǎo)致合金綜合力學(xué)不斷下降。因此，需要加強熱等靜壓技術(shù)在其中的應(yīng)用，讓合金的密度可以達到理論密度的99.7%，發(fā)揮材料本身的綜合性能，優(yōu)化精鑄件生產(chǎn)流程[2]。

但是，在這些疏松閉合的時候，可能會出現(xiàn)再結(jié)晶問題，并且再結(jié)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(yīng)用熱等靜壓處理技術(shù)對高溫合金進行處理，預(yù)防其在閉合的同時，出現(xiàn)再結(jié)晶。

在20 世紀80 年代，還陸續(xù)出現(xiàn)了一些熱等靜壓技術(shù)在等軸晶合金領(lǐng)域的應(yīng)用報道，此技術(shù)可以提高等軸晶鑄件組織性能，同時可以作為鑄件內(nèi)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(fù)處理中的應(yīng)用

如今，在我國整體經(jīng)濟水平不斷提高的背景下，制造業(yè)中的設(shè)備和材料也越來越多。高溫合金是航空發(fā)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(yīng)用新技術(shù)提高這些部件的穩(wěn)定性。由于高溫合金可以高溫下承受復(fù)雜的應(yīng)力，所以其在具體的應(yīng)用中，可以提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但是這種部件在使用中也會產(chǎn)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(fù)[4]。

熱等靜壓技術(shù)是一種新型的材料處理技術(shù)，其不僅可以讓材料在高溫高壓下出現(xiàn)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(fù)。

三、熱等靜壓技術(shù)的發(fā)展

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

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

四、結(jié)束語

現(xiàn)如今，加強熱等靜壓技術(shù)在鎳基鑄造高溫合金領(lǐng)域的有效應(yīng)用，為我國制造行業(yè)的發(fā)展提供了更多的優(yōu)勢。這種技術(shù)不僅可以提高合金的力學(xué)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(shù)的研究還處于探索階 段，要想發(fā)揮此技術(shù)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(yīng)用的可靠性。