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