GH2136高溫合金蝶型彈簧熱處理工藝研究

盛昆川， 吳欽順， 于林光， 王勇

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

0 引言

1）碟形彈簧在載荷作用方向上尺寸較小，且能在很小變形時承受很大載荷，軸向空間緊湊。與其他類型的彈簧比較，其單位體積材料的變形能較大。具有較好的緩沖吸振能力。特別是在采用疊加組合時，由于表面摩擦阻尼作用，吸收和消散能量的作用更加顯著。

2）碟形彈簧具有變剛度特性。利用不同的組合方式和改變單片的幾何尺寸，可以得到不同的彈簧特性曲線。可成為直線型、漸增型、漸減型或者是它們的組合形式。此外還可以通過不同厚度碟片組合或取不同片數疊合碟片的組合得到變剛度特性。

3）由于改變碟片的數量或碟片的組合形式，可以得到不同的承載能力，因此每種尺寸的碟片，都具有很廣泛的適用范圍。這就使備件的準備和管理比較容易。

1 實驗過程及工藝參數的確定

我公司對1 000 MW核電機組高溫合金蝶型彈簧材質GH2136（圖號CCH01.072.4.003）要求見表1。

表1 GH2136高溫合金蝶型彈簧的力學性能

技術要求：1）該彈簧使用時每4個為1組對合使用，除單個彈簧外，還需測量復核后的參數要求，測量合格后按組保存，不得與其他組混合；2）三類彈簧，2級精度；3）表面處理滾磨，硬度要求≥35.5 HRC；4）使用環(huán)境溫度最高600℃，使用場合為室內，使用狀態(tài)為靜態(tài)。

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫和一定壓力作用下長期工作的一類金屬材料，其具備較高的高溫強度，良好的抗熱腐蝕和抗氧化性能。基于上述特點，已被廣泛應用于發(fā)動機及動力機械的熱端部件。

GH2136屬于鐵基高溫合金，目前使用的鐵基合金含鎳量高達25%～60%。這類鐵基合金有時也成為鐵鎳基合金，為單一的奧氏體組織。其為時效強化型高溫合金，必須要先進行中間處理也稱穩(wěn)定化處理，目的是使合金晶界解析出一定量的各種碳化物和硼化物相顆粒，提高晶界強度。使晶界及晶內析出較大顆粒的γ′相，從而使晶界、晶內強度得到協調配合，提高合金高溫持久性能蠕變壽命和持久伸長率，改善合金長期使用的組織穩(wěn)定性。之后進行時效處理，時效處理過程中，在合金基體上析出一定數量和尺寸較小的強化相γ′相以及碳化物等，以達到合金強化的目的。γ′相是高溫合金的主要強化相，是Cu3Au型面心立方有序結構。Al原子位于角上，Ni原子位于面心。γ′相與基體共格（或部分共格），晶面間距十分接近。點陣常數也與基體相近，γ′相的晶格常數隨固溶的元素及含量不同而稍有變化。γ′相沿著基體面共移析出，隨著時效時間的延長，γ′相在基體中均勻地析出并彌散分布，它可以通過形核長大的方式析出。γ′相在Fe基、Ni基合金中開始析出的溫度為500～600℃。共析出峰和溶解溫度隨Al、Ti含量及合金化程度增加而增加。因不同合金，其析出峰在650～900℃之間，溶解溫度在1 000～1 200℃范圍內。

這里將GH2136分成3組，A1～A4第一組；B1～B4第二組；C1～C4第三組。試件采用和產品相同材質及尺寸，如表2。

表2

從以上的結果可以看出，第一組A1～A4和第二組B1～B4檢查結果除硬度合格外，其余兩項撓度都有超標準值的范圍，從實驗一開始就不斷地調整熱處理工藝，第一組工藝為中間處理溫度為810℃±10℃、3 h+700℃±10℃、16 h時效。第二組調整為中間處理溫度810℃±10℃、3 h+710℃±10℃、17 h時效。第三組調整為中間處理溫度820℃±10℃、2 h+730℃±10℃、18 h時效。檢查結果第三組，即C1-C4符合圖紙要求。

2 結論

GH2136蝶型彈簧采用中間處理820℃±10℃、2 h+730℃±10℃、18 h時效工藝所得到的蝶型彈簧完全符合圖紙要求。公司現在已經在1 000 MW核電機組上采用了此工藝，并得到了很好的效果。此工藝對于其他的領域GH2136蝶形彈簧的熱處理工藝也具有推廣和指導的意義。

［1］ 中國機械工程學會熱處理學會.熱處理手冊［M］.北京：北京機械工業(yè)出版社2008.

［2］ 徐蚌學.耐熱鋼和高溫合金生產加工及應用技術手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.