含鎢高溫合金鎢夾雜成因的研究

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高溫合金因其獨特的力學性能和物理性能廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、發(fā)電、動力、機車以及石油和化工等工業(yè)中關(guān)鍵部件的材料。含鎢高溫合金主要用于服役溫度較高的承載環(huán)境，例如，GH4037合金（W的質(zhì)量分數(shù)為5.0%～7.0%）可在850℃以下使用；GH4049合金（W的質(zhì)量分數(shù)為5.0%～7.0%）可在高達950℃的溫度下仍具有相當高的強度；GH4098合金（W的質(zhì)量分數(shù)為5.5%～7.0%）長期工作溫度可達1000℃；GH5188合金中加入W的質(zhì)量分數(shù)為14%，可使最高使用溫度提高到1100℃。含鎢高溫合金常用來制作噴氣發(fā)動機中的渦輪葉片及其他高溫承力件。

由于金屬鎢較難熔化，含鎢高溫合金中容易出現(xiàn)鎢夾雜。如果葉片等零件內(nèi)部存在鎢夾雜，夾雜將引起應(yīng)力集中，并成為交變載荷下的疲勞源，嚴重影響航空發(fā)動機渦輪葉片、箍段和箍套等零件的使用可靠性。因此，研究人員對含鎢高溫合金棒材中鎢夾雜形成的原因進行了詳細的分析，以期為提高高溫合金的生產(chǎn)質(zhì)量提供理論指導和依據(jù)。

研究發(fā)現(xiàn)GH4049合金中的鎢夾雜物形貌極其不規(guī)則，與基體存在類似于裂紋的間隙，夾雜內(nèi)部存在黑色圓點。進一步能譜分析可知，該夾雜物主要成分為鎢和少量的鈰，黑點主要成分為鈰。

高溫合金中金屬鎢夾雜的來源有二：一是真空感應(yīng)爐熔煉時鎢條沒有完全熔化而殘留于合金中，二是電極棒焊接時氬弧焊所用鎢極粘結(jié)在焊縫中。

真空感應(yīng)冶煉含鎢較高的高溫合金時，高熔點的鎢可能出現(xiàn)未完全熔化現(xiàn)象，導致鎢夾雜形成。為了防止鎢夾雜的形成，真空感應(yīng)熔煉含鎢較高的高溫合金時，冶煉用的鎢是以Ni-W中間合金的形式加入，并且選用足夠的熔化時間，熔煉時不會產(chǎn)生鎢夾雜。

高溫合金的熔煉采用真空感應(yīng)熔煉+電渣重熔工藝，若電極棒采用手工焊接進行接長，電極棒焊接的焊縫容易粘結(jié)鎢極，導致產(chǎn)生夾雜。多年來，國內(nèi)用于高溫合金電極棒焊接的方法有鎢極氬弧焊和等離子弧焊兩種。研究結(jié)果表明：

（1）氬弧焊所用鎢極是探出焊槍噴嘴之外，操作不慎將導致熔化的鎢極粘結(jié)在焊縫位置；另外，氬氣噴嘴的陶瓷管內(nèi)壁會有鎢極的“積存物”，加大氬氣流量可能把“積存物”吹落到焊縫之中，因而形成鎢夾雜。

（2）結(jié)構(gòu)不合理的等離子弧焊槍，導致等離子焊機設(shè)備沒有形成真正意義的等離子弧，加熱能力下降，如果使用大電流，鎢極容易出現(xiàn)熔化現(xiàn)象，并且電流越大，熔化的可能性越大，高溫合金電極在焊接過程中出現(xiàn)鎢夾雜的幾率也越大。

（3）采用焊槍結(jié)構(gòu)合理的等離子弧焊機，可以解決高溫合金出現(xiàn)鎢夾雜的問題。

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