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高温合金材料学-制备工艺（第七篇～第十三篇）内容提要 1

第十九章 高温合金的电弧炉冶炼 5

19.1电弧炉的结构与高温合金冶炼工艺特点 5

19.1.1电弧炉设备的基本结构 5

19.1.2电弧炉冶炼高温合金工艺特点 5

19.2高温合金电弧炉冶炼工艺 6

192.1装料 7

192.2熔化期 7

192.3精炼期 7

192.4出钢浇注 8

19.3电弧炉冶炼高温合金的关键问题 8

19.3.1易烧损元素Al、Ti的控制 8

193.2防止增碳 9

19.3.3脱氧方法和脱氧剂的选择 9

19.3.4合金元素的回收 10

19.3.5返回料的利用 11

19.4结语 13

参考文献 13

第二十章 感应炉冶炼 14

20.1感应炉熔炼特点及对原材料的要求 14

20.1.1感应炉熔炼特点 14

20.1.2对原材料的要求 14

20.2感应炉设备 15

20.2.1电源 15

20.2.2炉体 15

20.2.3电气部分 15

20.2.4液压传动系统 15

20.2.5水冷系统 15

20.3感应炉冶炼工艺 16

20.3.1感应炉冶炼的加热原理 16

20.3.2感应炉冶炼工艺 18

20.4感应炉冶炼实例 20

20.4.1对原材料的要求 20

20.4.2装料 20

20.4.3熔化 20

20.4.4精炼 21

20.4.5出钢浇注 21

20.5结语 21

参考文献 21

第二十一章 真空感应炉冶炼 22

21.1真空感应炉熔炼高温合金的特点与原理 23

21.1.1真空感应炉熔炼高温合金的特点 23

21.1.2真空感应炉熔炼高温合金的原理 24

21.2真空感应炉熔炼的化学反应 24

21.2.1真空脱氧 24

21.2.2真空脱气 25

21.2.3真空挥发 27

21.2.4真空脱硫 28

21.2.5真空坩埚反应 32

21.3真空感应炉设备 32

21.3.1带感应圈的坩埚 34

21.32炉体与炉盖 34

21.3.3真空系统 35

21.3.4电源系统 35

21.3.5冷却水系统 35

21.3.6装料机构 35

21.3.7锭模装置 35

21.3.8辅助装置 35

21.4真空感应炉熔炼工艺 35

21.4.1装料 35

21.4.2熔化期 37

21.4.3精炼期 37

21.4.4浇注 38

21.5变形高温合金的熔炼 39

21.5.1原材料 39

21.5.2冶炼工艺 39

21.6铸造高温合金的熔炼 40

21.6.1原材料 40

21.6.2合金炉料的配制和装炉 41

21.6.3合金冶炼 43

21.6.4500kg真空感应炉冶炼的母合金化学成分及性能 44

21.7结语 45

参考文献 45

第二十二章 高温合金熔体的过滤净化 46

22.1泡沫陶瓷过滤净化机理 46

22.1.1阻挡与俘获 46

22.1.2俘获夹杂物质点的热力学和动力学 47

22.2过滤净化技术 48

22.2.1陶瓷过滤器及其材料 48

22.2.2过滤器技术 50

22.3铸造高温合金返回料过滤净化研究 52

22.3.1过滤对返回料合金化学成分的影响 52

22.3.2过滤对返回料合金瞬时拉伸性能的影响 53

22.3.3过滤对返回合金蠕变和持久性能的影响 54

22.3.4过滤对返回料合金热疲劳性能的影响 55

22.4结语 56

参考文献 56

第二十三章 高温合金返回料的利用 57

23.1高温合金返回料成分、组织与力学性能 58

23.1.1返回料合金化学成分的变化 58

23.1.2返回料合金组织结构的变化 61

23.1.3返回料合金力学性能的变化 64

23.2高温合金返回料的冶炼工艺 72

23.3加入稀土元素改进高温合金返回料质量 73

23.3.1稀土元素对返回料合金化学成分的影响 74

23.3.2稀土元素对返回料合金显微组织的影响 75

23.3.3稀土元素对返回料合金瞬时拉伸性能的影响 76

23.3.4稀土元素对返回料合金持久和蠕变性能的影响 77

23.4配入适当比例的新料改善返回料质量 80

23.4.1加入50％返回料的K444母合金的各项性能 82

23.4.2添加50％～60％返回料的K640S合金的主要性能数据 86

23.5结语 88

参考文献 88

第二十四章 真空自耗炉重熔 90

24.1真空自耗重熔原理及设备 90

24.1.1真空自耗炉重熔的原理 90

24.1.2真空自耗炉重熔的设备 90

24.2高温合金真空自耗重熔的冶金特点与重熔工艺 92

24.2.1真空自耗重熔的冶金特点 92

24.2.2真空自耗重熔工艺 93

24.3高温合金真空自耗重熔可能出现的冶金缺陷与存在的问题 100

24.3.1真空自耗重熔锭中可能出现的冶金缺陷 100

24.3.2存在的缺点和问题 101

24.4结语 101

参考文献 102

第二十五章 高温合金的电渣炉重熔 103

25.1电渣炉重熔的基本原理和设备 103

25.1.1电渣重熔基本原理 103

25.1.2电渣重熔设备 104

25.2电渣重熔的冶金特点与质量控制 104

25.2.1电渣重熔的冶金特点 104

25.2.2电渣重熔高温合金的冶金质量控制 107

25.3电渣重熔工艺参数的选择和重熔工艺 109

25.3.1电渣重熔工艺参数的选择 110

25.3.2电渣重熔工艺 112

25.4电渣重熔高温合金中出现的缺陷 112

25.4.1点状偏析 112

25.4.2枝晶偏析 115

25.5电渣重熔新技术在高温合金生产上的应用 118

25.5.1真空电渣重熔 118

25.5.2惰性气体保护下的电渣重熔 118

25.5.3快速电渣重熔 119

25.5.4洁净金属喷射成型技术 120

25.6三联工艺生产高温合金锭 121

25.7结语 122

参考文献 122

第二十六章 高温合金热加工特点 127

26.1高温合金的成分与组织对热加工的影响 127

26.1.1高温合金成分的影响 127

26.1.2高温合金组织的影响 131

26.2高温合金热塑性变形特点及热加工参数的确定 137

26.2.1高温合金热塑性变形的特点 137

26.2.2高温合金热加工参数的确定 140

26.3热加工改善高温合金的组织与性能 145

26.3.1获得细晶的组织 145

26.3.2控制晶界沉淀相的形态 147

26.3.3细晶锻造 148

26.3.4进行形变热处理 149

26.3.5通过计算机模拟优化工艺参数改善性能 150

26.4改善高温合金的热加工性能 154

26.4.1提供质量良好成分均匀的高温合金铸锭 154

26.4.2高温扩散退火 155

26.4.3利用γ′相改善热加工性能 156

26.4.4采用复合包套和软包套技术提高终锻温度 158

26.4.5采用分区锻造降低压机压力 159

26.4.6热模锻和等温锻 159

26.4.7利用三向压应力提高难变形高温合金的塑性 160

26.4.8高温合金细晶化实现超塑性成型 161

26.5结语 162

参考文献 162

第二十七章 高温合金涡轮盘的热加工 165

27.1航空发动机涡轮盘的热加工 165

27.1.1合金的开 165

27.1.2镦饼 167

271.3涡轮盘模锻 167

27.1.4涡轮盘的精化模锻 167

27.1.5结语 169

27.2燃气轮机用涡轮盘的热加工 170

27.2.1优质大型铸锭的冶炼 171

27.2.2扩散退火 171

27.2.3锻造开坯 172

27.2.4镦饼 173

27.2.5涡轮盘模锻 176

27.3结语 177

参考文献 178

第二十八章 高温合金涡轮叶片的热加工 179

28.1大型燃气轮机用GH4413合金涡轮叶片的热加工 180

28.1.1铸锭的开坯 180

28.1.2棒坯轧制 180

28.1.3轧制棒材的检验 181

28.1.4叶片锻造 184

28.1.5叶片毛坯解剖分析 186

28.2航空发动机用GH2135合金涡轮叶片的热加工 191

28.2.1GH2135合金涡轮叶片的热加工 191

28.2.2GH2135合金涡轮叶片试车简况 192

28.3结语 193

参考文献 193

第二十九章 高温合金无缝钢管的冷热加工 194

29.1GH2984无缝管材的生产 194

29.1.1合金冶炼 195

29.1.2合金锻造 195

29.1.3合金管生产 196

29.1.4GH2984合金管工艺性能 198

29.2GH3044无缝管材的生产 200

29.2.1合金冶炼 201

29.2.2合金锻造与轧制 201

29.2.3管坯机加工内孔和冷轧 201

29.2.4管材室温拉伸性能 202

29.3结语 202

参考文献 203

第三十章 熔模制造 208

30.1熔模常用原材料及其基本要求 208

30.1.1常用原材料 208

30.1.2模料的基本要求 209

30.2制模与组合 209

30.2.1典型模料的成分 209

30.2.2制模与组合 210

30.3快速成型熔模 212

30.3.1快速成型简介 213

30.3.2快速成形精密铸造熔模 214

30.4结语 216

参考文献 216

第三十一章 熔模铸造陶瓷型芯 217

31.1硅基陶瓷型芯 217

31.1.1硅基陶瓷型芯的工艺流程 218

31.1.2原材料的处理 218

31.1.3硅基陶瓷型芯制造工艺 220

31.1.4硅基陶瓷型芯的烧结 222

31.1.5硅基陶瓷型芯的强化 224

31.1.6硅基陶瓷型芯的脱除 225

31.1.7硅基陶瓷型芯的改进途径 225

31.1.8石英玻璃管型芯 227

31.2铝基陶瓷型芯 228

31.2.1电熔刚玉基陶瓷型芯 228

31.2.2电熔刚玉基薄壳陶瓷型芯 237

31.3结语 240

参考文献 240

第三十二章 陶瓷型壳制备 242

32.1制壳材料 242

32.1.1熔模铸造用硅砂 242

32.1.2电熔刚玉 242

32.1.3电熔莫来石 243

32.1.4锆英石（粉） 243

32.1.5铝硅系耐火材料 246

32.2硅溶胶粘结剂涂料的配制 246

32.2.1熔模铸造用硅溶胶 246

32.2.2硅溶胶涂料 248

32.3硅溶胶涂料制壳工艺 253

32.3.1制壳工艺 253

32.3.2工艺参数与特点 253

32.4熔化熔模和壳型的焙烧 254

32.4.1熔化熔模 254

32.4.2壳型焙烧 254

32.5作者领导的课题组使用的硅溶胶制壳工艺 255

32.5.1硅溶胶涂料型壳 255

32.5.2定向柱晶和单晶型壳制备 256

32.6硅酸乙酯和水玻璃粘结剂制壳工艺 258

32.6.1硅酸乙酯水解液粘结剂制壳工艺 258

32.6.2水玻璃粘结剂制壳工艺 259

32.7结语 261

参考文献 261

第三十三章 高温合金零件的浇注与铸件的HIP处理 262

33.1高温合金铸件的浇注 262

33.1.1重熔工艺的影响 262

33.1.2重熔浇注铸件 266

33.2高温合金铸件的热等静压处理 274

33.2.1热等静压机理 275

33.2.2热等静压处理工艺参数的确定 278

33.2.3HIP处理对铸造高温合金力学性能的影响 280

33.3高温合金的熔体处理 288

33.3.1熔体处理的原理及工艺参数的确定 288

33.3.2熔体处理对显微组织的影响 289

33.3.3熔体过热处理对力学性能的影响 292

33.3.4熔体处理在高温合金方面的应用 293

33.4高温合金零件的激光立体成形 294

33.4.1激光立体成形技术的原理与特点 294

33.4.2激光立体成形技术的应用与发展 295

33.5结语 296

参考文献 297

第三十四章 高温合金的定向凝固 300

34.1温度梯度G的影响与确定 300

34.2抽拉速度V的影响及其选定 303

34.2.1枝晶组织 304

34.2.2γ'γ+γ'晶及偏析 306

34.2.3合金的力学性能 307

34.3定向凝固柱晶叶片的生产 308

34.4单晶高温合金的取向控制 310

34.4.1控制原理 310

34.4.2纵横向性能比较 311

34.5单晶叶片的生产 312

34.6铸造空心气冷叶片 313

34.7定向凝固叶片生产过程中的表面再结晶问题 317

34.7.1定向凝固叶片表面再结晶 317

34.7.2再结晶对定向凝固合金力学性能和叶片断裂的影响 319

34.7.3防止定向凝固叶片表面再结晶的产生 321

34.8结语 321

参考文献 322

第三十五章 粉末高温合金的制备方法 327

35.1预合金粉末的制备 327

35.1.1氩气雾化（AA）法 327

35.1.2旋转电极（REP）法 328

35.1.3等离子旋转电极（PREP）法 328

35.1.4高温合金粉末中的缺陷 329

35.2高温合金预合金粉末的处理 330

35.2.1高温合金粉末的筛分 330

35.2.2去除高温合金粉末中的夹杂物 331

35.2.3消除PPB和TIP的表面净化处理 331

35.2.4粉末表面强韧化处理技术 333

35.3高温合金粉末的压实及成形工艺 333

35.3.1热等静压工艺（HIP） 333

35.3.2热挤压＋超塑性锻造工艺（Extrusion+Gatorizing） 334

35.3.3热等静压＋等温锻造工艺（HIP+lsothermalForging） 335

35.3.4热等静压＋包套锻造 336

35.3.5热等静压十等温锻造 337

35.3.6双性能或双合金粉末盘的制造工艺与双合金热等静压复合连接技术 337

35.4结语 339

参考文献 339

第三十六章 弥散强化高温合金的制备方法 341

36.1高能球磨机和ODS用原材料 341

36.1.1高能球磨机 341

36.1.2ODS合金用原材料 343

36.2机械合金化 343

36.2.1机械合金化过程 343

36.2.2机械合金化的参数 344

36.3热机械加工 345

36.4二次再结晶处理 346

36.4.1静态二次再结晶 346

36.4.2区域热处理 346

36.5ODS合金的成型 347

36.6用机械合金化制备内生颗粒弥散强化合金 348

36.6.1内生弥散相强化的铁基高温合金 348

36.6.2内生纳米晶弥散强化NiAl合金 348

36.7结语 353

参考文献 354

第三十七章 高温合金的正常热处理 357

37.1固溶处理 357

37.1.1固溶处理的目的 357

37.1.2固溶处理参数的确定 357

37.1.3固溶处理的应用 373

37.2中间热处理 376

37.2.1中间热处理的目的 376

37.2.2中间热处理温度和时间的确定 379

37.2.3中间热处理升温速度和冷却速度的确定 380

37.3时效处理 381

37.3.1时效处理的目的 381

37.3.2时效处理制度的确定 381

37.3.3时效处理的应用 383

37.4结语 384

参考文献 384

第三十八章 高温合金的特殊热处理 386

38.1高温合金的长期时效 386

38.1.1长期时效引起的组织变化 386

38.1.2长期时效对力学性能的影响 395

38.2高温合金的重复热处理 398

38.2.1重复热处理对组织的影响 398

38.2.2重复热处理次数对力学性能的影响 400

38.3超温热处理 402

38.4恢复热处理 405

38.4.1恢复热处理的原理 405

38.4.2恢复热处理的应用 407

38.5磁场热处理 407

38.5.1强磁场热处理的原理 408

38.5.2磁场热处理对力学性能和组织的影响 408

38.6电场热处理 411

38.7结语 414

参考文献 414

第三十九章 高温合金的焊接性 419

39.1高温合金的焊接裂纹敏感性 419

39.1.1热裂纹的特点 419

39.1.2热裂纹的形成机理 420

39.1.3热裂纹的影响因素及控制措施 421

39.1.4应变时效裂纹 427

39.2接头组织的不均匀性 427

39.3焊缝接头的等强性 436

39.4结语 438

参考文献 439

第四十章 高温合金的焊接工艺 441

40.1氩弧焊 441

40.1.1氩弧焊的原理与特点 441

40.1.2氩弧焊工艺参数的确定 441

40.1.3氩弧焊在航空发动机或燃气轮机上的应用 442

40.2电子束焊 450

40.2.1电子束焊的原理与特点 450

40.2.2电子束焊工艺参数的确定 451

40.2.3电子束焊在航空发动机上的应用 451

40.3钎焊 452

40.3.1钎焊的原理及特点 452

40.3.2钎料的选择 453

40.3.3钎焊工艺的确定 454

40.3.4钎焊在航空发动机上的应用 454

40.4瞬态液相扩散焊 460

40.4.1瞬态液相扩散焊的原理与特点 460

40.4.2中间层合金 460

40.4.3瞬态液相扩散焊工艺 461

40.4.4瞬态液相扩散焊的应用 462

40.5摩擦焊 464

40.5.1摩擦焊的原理与特点 464

40.5.2高温合金摩擦焊工艺和应用 465

40.6结语 466

参考文献 466

第四十一章 高温合金的切削加工性及其对策 471

41.1高温合金的切削加工性 471

41.1.1高温合金属很难切削材料 471

41.1.2高温合金切削加工性差的对策 476

41.2高温合金的切削用刀具材料 477

41.2.1对切削刀具材料的性能要求 477

41.2.2适于高温合金切削加工的刀具材料 478

41.3结语 484

参考文献 484

42.1高温合金的车削 485

42.1.1刀具材料 485

42.1.2刀具几何参数 485

42.1.3切削用量和切削液的选择 487

42.1.4GH4169合金涡轮盘的车削加工 487

42.2高温合金的拉削 489

42.2.1涡轮盘枞树形榫的拉削方式 489

42.2.2拉刀材料及几何参数的选择 490

42.2.3拉削用量的选择[1] 490

42.2.4典型涡轮盘极树形榫槽高速拉削工艺 491

42.3高温合金的磨削 492

42.3.1榫齿缓进磨削特点 492

42.3.2叶片榫齿缓进成型磨削工艺 493

42.4涡轮叶片的电解加工 495

42.4.1电解加工原理与特点 495

42.4.2电解加工工艺参数 496

42.4.3高温合金涡轮叶片和压气机叶片的电解加工 497

42.5电火花加工 498

42.5.1电火花加工原理及特点 498

42.5.2电火花加工工艺参数 499

42.5.3燃烧室气膜小孔的电火花加工 499

42.6激光束加工 501

42.6.1激光加工的基本原理及特点 501

42.6.2激光束加工涡轮叶片气膜孔 501

42.7结语 502

参考文献 502

附录Ⅰ郭建亭研究员的主要科研实践与活动 505

附录Ⅱ郭建亭研究员历年发表的主要学术论文题录 529