Lời mở đầu

Trong các lĩnh vực sản xuất cao cấp như hàng không vũ trụ, năng lượng và hóa chất, hiệu suất của hợp kim nhiệt độ cao quyết định trực tiếp đến độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị. Là một doanh nghiệp trong nước chuyên nghiên cứu và phát triển và sản xuất các hợp kim đặc biệt, Công ty TNHH Vật liệu mới Qingchuan (Zhengzhou) đã đạt được những kết quả đáng kể trong việc nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghiệp các hợp kim nhiệt độ cao dựa trên niken-crom Haynes230 với khả năng tích lũy công nghệ và đổi mới quy trình. Bài viết này sẽ phân tích cách bố trí kỹ thuật của Vật liệu mới Qingchuan trong lĩnh vực hợp kim Haynes230 từ ba khía cạnh: nguyên lý kỹ thuật, điều khiển quy trình và các trường hợp ứng dụng.

1. Các đặc tính kỹ thuật và thách thức R & D của hợp kim Haynes230

Haynes230 là một hợp kim nhiệt độ cao biến dạng tăng cường dung dịch dựa trên Ni-Cr. Thành phần cốt lõi của nó bao gồm 57% niken, 22% crom, 14% vonfram và thêm một lượng nhỏ nhôm, titan và các nguyên tố khác. Hợp kim cho thấy độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống oxy hóa và ổn định nhiệt tuyệt vời dưới 900 ° C. Khuôn đàn hồi của nó đạt 240GPa và mật độ 8,2g/c³. Nó thích hợp cho các bộ phận làm việc khắc nghiệt như buồng đốt động cơ hàng không và cánh tuabin khí. Tuy nhiên, độ cứng cao (HRC ≥ 35) và mô đun đàn hồi cao gây ra rung động trong quá trình cắt, và nhiệt độ cục bộ trong quá trình mài có thể đạt trên 800 ℃, dễ gây cứng bề mặt hoặc nứt nhiệt.

2. Các giải pháp kỹ thuật của Vật liệu mới Qingchuan

1. Kiểm soát quá trình nấu chảy: đảm bảo độ tinh khiết và độ đồng đều của thành phần

Vật liệu mới của Qingchuan áp dụng quy trình kết hợp kép nấu chảy lại xỉ cảm ứng chân không (VIM) (ESR) và kiểm soát hàm lượng khí (như oxy và nitơ) trong hợp kim dưới 15ppm thông qua xử lý chân không nhiều giai đoạn và kích thước tạp chất phi kim loại ≤ 10μm. Ví dụ, trong quá trình sản xuất rèn đĩa tuabin GH4169, quy trình lão hóa hai giai đoạn của nó (720 ℃ 620 ℃) làm cho kích thước pha gamma được phân bố đều trong phạm vi 50-100nm, giúp cải thiện đáng kể tuổi thọ nhiệt độ cao của vật liệu.

2. Tối ưu hóa các thông số cắt và mài: giảm hiệu ứng nhiệt và mài mòn dụng cụ

Để đáp ứng các đặc tính độ cứng cao của Haynes230, Vật liệu mới của Qingchuan đã phát triển một thư viện thông số xử lý đặc biệt:

• Thông số cắt: Tốc độ trục chính 800-1200r/phút, lượng cấp liệu 0,05-0,1mm/r, độ sâu cắt 0,5-1mm, với chất làm mát áp suất cao (áp suất ≥ 5MPa) có thể làm giảm nhiệt độ cắt hơn 30%.
• Thông số mài: Sử dụng đá mài CBN (kích thước hạt 120 #), tốc độ tuyến tính của đá mài 25-30 m/s, lượng cấp liệu 0,01-0,02mm/pass, làm mát bằng nhũ tương có thể giảm lực mài 15% và độ nhám bề mặt Ra ≤ 0,8μm.

3. Đổi mới quy trình xử lý nhiệt: điều chỉnh mô vi mô và hiệu suất

Vật liệu mới của Qingchuan nhận ra sự kết tủa đồng nhất của pha gamma thông qua xử lý lão hóa hòa tan (1120 ℃/2h làm mát bằng không khí 760 ℃/16h làm mát bằng không khí), do đó độ bền kéo của vật liệu ở 1000 ℃ đạt 620MPa và tỷ lệ kéo dài ≥ 15%. Ví dụ, trong quá trình sản xuất tấm buồng đốt động cơ hàng không, quá trình xử lý nhiệt của nó làm cho trọng lượng của vật liệu chỉ tăng 0,2 mg/cm² sau khi thử oxy hóa 900 ° C/100h, và hiệu suất chống oxy hóa đã đạt đến trình độ tiên tiến quốc tế.

3. Các trường hợp ứng dụng điển hình và xác minh kỹ thuật

Trường hợp 1: Sản xuất linh kiện buồng đốt động cơ hàng không

Vật liệu mới của Qingchuan cung cấp tấm buồng đốt Haynes230 cho một loại động cơ phản lực cánh quạt nhất định. Bằng cách tối ưu hóa các thông số quá trình dập (nhiệt độ 950 ℃, biến dạng 30%) và quy trình hàn (hàn hồ quang argon), tỷ lệ đậu sơ cấp của các bộ phận đạt 98,5%. Sau khi kiểm tra và xác minh bệ mặt đất, bộ phận này không có vết nứt sau chu trình nhiệt 1100 ℃/500h và độ ổn định kích thước tốt hơn yêu cầu thiết kế.

Trường hợp 2: Đúc chính xác cánh tuabin khí

Để đáp ứng các yêu cầu về cấu trúc khoang bên trong phức tạp của một loại cánh tuabin khí hạng nặng nhất định, Vật liệu mới của Qingchuan áp dụng công nghệ đông đặc định hướng. Bằng cách kiểm soát độ dốc nhiệt độ (≥ 50 ℃/cm) và tốc độ kéo (3 mm/phút), vùng tinh thể sơ cấp của cánh chiếm hơn 85%, tuổi thọ mỏi chu kỳ thấp đạt hơn 10 chu kỳ, cao hơn 40% so với quy trình đúc truyền thống.

4. Lợi thế công nghệ và giá trị ngành

Cách bố trí kỹ thuật của Qingchuan New Materials trong lĩnh vực hợp kim Haynes230 phản ánh ba lợi thế chính:

• Khả năng kiểm soát toàn bộ quá trình: Từ nấu chảy, rèn, xử lý nhiệt đến gia công, tối ưu hóa vòng kín của các thông số quy trình.
• Giải pháp tùy chỉnh: Cung cấp dịch vụ lựa chọn vật liệu và thiết kế quy trình theo điều kiện làm việc của khách hàng (nhiệt độ, ứng suất, môi chất).
• Khả năng thay thế bản địa hóa: Thông qua việc tối ưu hóa thành phần và đổi mới quy trình, hiệu suất của sản phẩm được so sánh với các thương hiệu hàng đầu quốc tế và chi phí giảm hơn 20%.

Kết luận

Khi hàng không vũ trụ và thiết bị năng lượng phát triển theo hướng nhiệt độ cao hơn và hiệu quả cao hơn, nhu cầu về hợp kim Haynes230 sẽ tiếp tục tăng. Thông qua việc đầu tư công nghệ liên tục và lặp lại quy trình, Thanh Xuyên New Materials không chỉ cung cấp vật liệu đảm bảo đáng tin cậy cho thiết bị cao cấp mà còn đóng góp một lực lượng quan trọng vào sự phát triển độc lập và có thể kiểm soát của ngành công nghiệp hợp kim nhiệt độ cao của Trung Quốc. Trong tương lai, với sự tích hợp của sản xuất thông minh và công nghệ vật liệu mới, Vật liệu mới của Qingchuan được kỳ vọng sẽ đạt được nhiều đột phá hơn trong lĩnh vực hợp kim nhiệt độ cao.