Haynes 214 高溫合金棒Haynes 214 特性

鎳基高溫合金介紹 鎳基高溫合金主要有鑄造和鍛軋狀態(tài)，如果含有合金元素較高，超過 40%，則稱為鎳基超合金。一般認為鎳基超合金的可焊性是很差的，含的合 金元素越多，高溫強度越高，它的可焊性越差。除少量軋制的鎳基合金薄 板，可以進行電弧、氬弧焊和電子束焊接外，對含合金元素較多的鎳基超合 金根本不能進行熔化焊接。鎳基合金焊接時由于界面極易析出金屬間化合物 相而造成裂紋。但釬焊的方法，特別是真空釬焊的方法，焊接過程母材不熔 化，使整個構件均勻加熱，焊接部位沒有應力，利用毛細作用自動填縫，特 別適合薄壁、復雜和帶有內部焊縫的構件的精密焊接。因此這種方法在航空 發(fā)動機制造中廣泛應用，主要用來釬焊渦輪發(fā)動機葉片、蜂窩結構密封環(huán)等 重要結構，取得了滿意的結果. 連接形式 金屬蜂窩夾層結構的蜂窩芯子與上下面板間的連接形式多種多樣，常見方 法如下： (1).釬焊法：與其它焊接方法一樣，能使材料間連接形成牢固的冶金結合。 材料在釬焊連接時一般是以搭接形式裝配，接頭處的間隙保持在一定尺寸之 內，所選填充材料的熔點需要比母材熔點低，于是在母材熔點與釬料熔點之間 的溫度時，熔化的釬料會自動填滿母材間的空隙。并通過釬料與母材間的相互 作用，冷卻凝固形成牢固連接。 (2).膠接法：是用熱固化膠連接上下面板和芯子材料的，并在連續(xù)成形機內 加熱加壓形成可靠連接的復合板材。由于過程簡單易行連接強度較好，膠接法 成為目前的熱點連接形式。可是樹脂固化膠均不耐高溫，這也限制了膠結材料 的使用環(huán)境。 (3).激光焊接法：是利用高能量密度激光束作為熱源的一種高xiao精密焊接方 法。該方法具有高能量密度、深穿透、高xiao率、高精度、可控性強、適應性強 等諸多優(yōu)點，是目前焊接技術的發(fā)展重點，已廣泛應用于航空、航天、汽車制 造、電子產品等各個領域。 (4).液相擴散連接法：是利用過渡液相（Transient Liquid Phase—TLP）連接 方法的原理使板材與金屬芯子材料間形成良好的大面積冶金結合的復合方法。 TLP 連接是一種應用于許多合金系統(tǒng)的連接方法, 其原理是在母材與中間層之 間形成低熔點液相，然后通過溶質原子的擴散發(fā)生等溫凝固，最終形成組織均 勻的焊縫連接。 (5).縫焊法：是指將焊件裝配成搭接或對接形式并置于兩滾輪電極之間，滾 輪會自動壓緊待焊接產品并轉動，再通過連續(xù)或間斷性送電形成一條連續(xù)焊縫 的電阻焊接法。 Haynes 214 化學成分及作用 Haynes 214是一種由鎳、鉻、鋁、鐵等元素以特殊形式結合而成的且因抗 yan化能力出眾而著稱的固態(tài)高溫合金。它的具體每種化學成分對合金性能的作 用如下： (1).基體材料鎳與鉻結合，起到抵抗yan化與還原環(huán)境的作用； (2).鋁含量相對較高，提高材料在高溫環(huán)境下的抗yan化能力； (3).不含有鈷元素和鉬元素，所以高溫條件下強度相對較低。 針對于“近空間高超聲速飛xin器”所處的高溫氧化xin服役環(huán)境，材料抗高 溫氧化能力的重要性遠高于對高溫強度性能的要求. Haynes 214 用于蜂窩結構的蒙皮和夾層，蜂窩蒙皮所用的Haynes 214 合金由EB-SPR方法制取，并在表面涂有ZrO陶瓷層。這種合金由美國哈氏 鎳基合金公司研制并生產，有極好的高溫抗yan化性能，特別適合于低應力、 高溫環(huán)境，因此廣泛的應用于蜂窩結構組件。Haynes 214為第二相強化鎳基 合金，成型性能和焊接性都比較好。 Haynes 214的化學成分 元素 Ni Cr Al Fe Mn 含量 75 16 4.5 3 0.5 元素 Si Zr C B Y 含量 0.2 0.1 0.05 0.01 0.01 Haynes 214的物理性能和力學性能 密度 (g/cm3) 熔點 (℃) 800℃熱 傳導率 (w/mk) 線膨脹系數(shù) （10-6m/m ℃) 彈性 模量 (GPa) 常溫拉 伸強度 (MPa) 1000℃ 拉伸強 度① (MPa) 8.05 1355 18.4 18.6 137 995 105 進入新世紀，shi界上的主要大國之間的軍事競爭更加激烈，各軍事大國 都在努力提高軍事優(yōu)勢，為未來可能發(fā)生的高科技戰(zhàn)爭做好準備。太空正在 成為新的爭奪地帶，為了維護國jia安全和國jia利益，必須努力提高對太空的 戰(zhàn)略能力。因此發(fā)展更高速度、更高高度的航天器成為當務之急。針對國jia 提出的軍事戰(zhàn)略要求，必須發(fā)展我國自己的高可靠、能夠快速部署的可重復 使用高超音速航天器。 可重復使用航天器按其使用要求和飛行特征的不同，可以分為垂直發(fā)射 水平著陸、部分重復使用和水平起飛水平著陸、真正意義上的完全重復使用 的航天器。無論是哪一種航天器在再入返回時，都會經受嚴重的氣動加熱。 據(jù)報道，飛xin器以馬赫數(shù)為 8 的速度在 27000m 高度飛行時頭錐處 的溫度為 1793℃；機翼或尾翼前緣的溫度高達 1455℃；機身機翼下表面迎風 區(qū)域的溫度為 600~1260℃；機身機翼上表面溫度為 650℃以下。由此可見， 為了飛行員的安全和機載設備的安全運轉，在高超音速飛xin器和空天飛xin器 表面上敷設耐高溫的防熱材料及阻隔熱流向內傳遞的隔熱材料是必不可少 的?？芍貜褪褂酶叱羲俸教炱鞯拇竺娣e熱防護材料與結構問題成為技術關 鍵之一。 金屬熱防護系統(tǒng)由于其特有的優(yōu)勢成為可重復使用航天器熱防護系統(tǒng)的 shou選。相對于陶瓷熱防護系統(tǒng)，金屬熱防護系統(tǒng)的主要優(yōu)點有：具有與主體 結構同等的熱膨脹特性、易于一體化設計、高強韌性和良好的耐沖擊性、全 壽命成本低、易于制成模塊化結構、易檢查維護等，已經成為各航天大國研 究的熱點。它使高超聲速航天器真正實現(xiàn)可重復使用，水平起降，從而達到 真正降低天地往返運輸系統(tǒng)的成本并提高安全可靠性。