如何提高TC11合金管、钛合金材料的硬度及耐磨性?
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如何提高TC11合金管、钛合金材料的硬度及耐磨性钛合金渗碳在表面上生成TiC相,具有非常髙的硬度。但是TiC层与基体的结合力很差，妨碍实际使用。温度过高会使碳化钛晶粒长大速度加快：
1、烧结温度。碳化钛高锰钢结硬质合金的最终烧结温度一般取1420℃较合适。烧结温度不宜过高。甚至使粘结相变成液相金属流失，从而使硬质相发生邻接、聚集并长大，形成碎裂源。这就是前面分析的硬质相晶粒之间的粘结相变少的原因。当然烧结温度也不能过低，否则会使合金欠烧。特别是脱胶、还原和液相烧结的3个阶段中。
2、烧结时的升温速度。此类合金烧结时升温加热速度不宜快。要严格控制升温速度和保温时间。因为在低温脱胶阶段，压坯释放压制应力和成形剂挥发的过程，若升温速度快，则因成形剂来不及挥发而液化后变成蒸汽，使压坯发生爆裂或微裂现象；900℃以上的还原阶段，要让压坯有足够的时间脱去所用原料粉末(如Mn2Fe中间合金)中的挥发物和氧；进入液相烧结阶段时，也要放慢升温速度才干使压坯充分合金化。
钛在高温下会与氧,氮等气体发生反应，引起硬化，高温下（800-900度）进行氮化处理，使其表面维氏硬度高达700以上；通过堆焊，在氩气中同入适量的氮气或者氧气，使其表面硬度可以提高2—3倍；通过离子电镀，使其表面生成一层氮化钛，厚度在5微米左右，表面维氏硬度竟然高达16000—20000；镀铬等。在渗氮时可能形成各种不同的区，如果氧含量不髙，形成由氮化钛组成的外区，具有金黄色并且硬度为14000-17000MPa，可是这种氮化钛层很傅因较低的氮化温度时或者继而进行髙温加热(退火）时，氮就完全溶解到金属表面的钛固溶体里去了，激化钛层不再增加或者在某个热处理工序中消失因此，在发现氮化钛层时钛固溶体层巳经溶解到氮中去了这层也具有高的硬度，但是芯部硬度降低。在采用氨气进行渗氮时，由于渗透氢的作用而出现附加的组织变化。氮化钛坚硬而导电氮化钛的生成热超过所有的氧化钛。因此也必须注意，要在完全脱除氧的条件下进行渗氮处理。钛同氮随着时间按照抛物线规律进行表面反应。因此,渗氮速度随着渗氮时间的增加而减低。因为氮在外氮化钛层中的扩散速度小于下面的钛固溶液体区的扩散速度，而不可能形成厚氮化层，氮或氨必须具有较髙的纯度。因为氧不仅妨碍氮化层的形成，而且还能在较髙温度条件下引起表面层除去氧化皮，水分的含量（湿度）必须最少达到这样的程度，即使之达到的熔点。
钛表面渗硼生成TiB2相，硬度也很高。据文献报道，将酸洗后的钛零件包埋在无定型硼粉和A1203粉各半的混合粉末（其中加有0.75%-1.0%的NH4F*HF)中，在1010度保温1小时,即可生成TiB2层。在上述条件下,该涂层的厚度依合金不同而异，工业纯钛上生成的涂层厚度为25p,TC4钛合金上形成厚度为20um，硬度在HV2800-3450的范围。渗硼的温度要求高,这使其应用受到一定限制。如果先在钛板上电镀铁，之后进行硼化，可以降低硼化温度到870度,镀层厚度可达40um，硬度可到HV2300。由于钛也与氮反应,因此必须用氩气作为载体。假如用氧/氮混合气体(空气)作为氧源,那在氧的扩散温度(约850℃)就会形成足够的氮化物它会减小氧的扩散。为了优化氧扩散层的深度和分布,氧的浓度需足够高,以产生最大扩散速率。但它不能高至形成一连续的表面氧化膜,据报道,它会阻挡扩散。
表面硬化的目的是提高耐磨性，并消除在摩擦条件下工作的零件发生相互黏附的危险性。在硬度提高的同时，有可能耐蚀性能及疲劳强度也有所提高。这里首先关注表面硬度的提高,关注工艺本身及其对表面硬度提高的影响。表面硬化应在一压力保护气氛的炉子中进行并很好地控制,它可方便地改变处理结束时的气体成分,以生成均匀的无气孔金红石层。其结果类似于TO工艺处理。这样它以一步方式进行了复式处理,更不需如BDO/TO组合处理那样的三步,从而显著节能。此工艺仅用完全惰性气体———氩气和氧气,因而十分环保,无毒气,不会引起全球温室效应。虽然工艺很好,但真空处理费用昂贵,且氧化/扩散二步处理中有明显的控制问题。即使在真空中的扩散时间固定不变,第一步中形成氧化物含量的微小变化,也会引起其最后硬度分布的显著不同。
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捷耐特阀门大讲堂—钴铬钨硬质合金密封面堆焊后如何热处理？
堆焊钴铬钨硬质合金密封面的阀门（其基体为碳素钢），适用于酸性天然气介质。钴铬钨硬质合金密封面的硬度一般不能用热处理来改变，而只能由堆焊材料本身来保证。
钴铬钨硬质合金密封面堆焊后的热处理工艺为：钴铬钨硬质合金密封面堆焊后要进行高温回火，其主要目的是消除焊接应力，改善机械加工性能。
高温回火加热温度根据基体材料选定一般采用600℃~650℃。保温时间取决于零件有效厚度及装炉量，一般为2h~5h，保温后出炉空冷。高温回火工艺曲线如下图所示。
司太立6合金属于金属材料吗 stellite6耐热多少度
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叶片是汽轮机中将气流的动能转换为有用功的极其重要的部件． 按照叶片的工作条件， 叶片分为： 与转子相连接并一起转动的动叶及与静子相连接处于不动状态的静叶（又称导叶）。 不同功率的汽轮机中， 处于不同级的叶片因工作条件不同， 动叶与静叶具有各种不同的结构、 尺寸及固定的方法。 高温高压汽轮机的所有叶片都是在高温高压蒸汽的长期作用下工作的。
叶片是在运动着水蒸气 气介质中工作的， 而各级的水蒸气状态是不一样的。 在大多数级中， 叶片是在过热蒸汽中工作， 而末级叶片是在湿蒸汽中工作的， 由于湿度大及水蒸气中含有盐类及氧气， 使得后级叶片为一层电解质所包裹， 因而会产生电化学腐蚀和水滴冲刷磨损。机组在２００７年１０月 份的大修中， 揭缸检查后发现低压正反向末级叶片因电化学水蚀和水滴冲刷磨损严重， 部分钎焊的司太立合金片钎焊部位裂开， 严重影响机组的效率和安全。 因腐蚀严重的叶片有５０片。
结合 经济性和保证安全性（只要保证修复工艺修补， 能确保其使用安全性）的情况下， 讨论商定对腐蚀严重的末级叶片打磨清理后重新堆焊修补， 受损基材用与１Cr13钢相匹配的焊材ＥＲ－４１０堆焊， 水蚀区域把司太立合金片钎焊改为直接用司太立６连铸铸棒钴基合金堆焊， 用此种工艺修复能使叶片更好的抗水蚀。
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司太立合金片钎焊用来叶片防水蚀修复为上世纪普遍用的焊接修复工艺， 由于合金片钎焊， 往往会造成钎焊内部结合不良， 水蚀会渗过钎焊部位将叶片腐蚀， 长期高速运转会使合金片脱落， 严重影响机组的安全运行。 用司太立６连铸铸棒钴基合金直接堆焊， 只要工艺得当则有效的与母材结合， 不可能发生脱落， 并且各方面性能都大大优于合金片钎焊。 但是由于司太立６连铸铸棒和叶片 母材１Ｃｒｌ３， 化学成分不同， 而且物理性能差别较大， 为异类异种钢焊接， 焊接难度较大。
难点分析 化学成分的不同， 由于母材和熔敷金属的合金有明显的差别（见表１）， 熔敷金属和母材熔化区化学成分的浓度相互稀释， 最终造成焊接堆焊的金相组织不一样， 力学性能也不一样。 焊接时熔合区发生碳扩散现象， 脱碳层软化， 降低堆焊部位高温持久强度， 抗腐蚀性能和冲击韧性。 １Ｃｒｌ３和司太立６化学成分见表ｌ。
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物理性能的差别， 使母材和司太立６连铸铸棒钻基合金膨胀系数不同（见表２）， 从表２看出司太立６连铸铸棒钴基合金的线膨胀系数比叶片１Ｃｒｌ３大， 且温度越高， 司太立６连铸铸棒钴基合金线膨胀系数越大， 因膨胀系数的不同， 会导致冷却后产生残余内应力， 产生冷裂纹。 末级叶片和司太立６连铸铸棒的线膨胀系数见表２。
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工艺要领由于６００ＭＷ机组叶轮直径大， 质量重， 厚度较厚， 末级叶片长９０５ｒａｍ， 因此下限速度相对较大， 所以要求焊缝晶粒细小， 组织均匀， 力学物理性能要好， 焊接修复后要求残余应力和残余变形小， 能满足高速旋转的要求。 所以， 用司太立６连铸铸棒钴基合金直接堆焊来防止冷裂纹， 控制变形和提高冲击韧性是必须注意的问题。 焊接时应严格限制其预热温度和层间温度， 焊接热输入量大， 焊缝金属在高温（１ １００℃以上）停留时间长， 晶粒长大变脆， 致使焊缝韧性降低并且产生变形。
降低焊接热输入量， 要综合考虑调节焊接电流和焊接速度两个参数， 不能单纯地降低焊接电流。 若焊接电流降得过低， 由于司太立６连铸铸棒钴基合金焊接性差， 熔池的铁水黏度大， 流动性差， 易造成未焊透、 未熔合等缺陷。 焊接电流应控制在保证铁水拉得开， 熔池清晰， 熔合良好，在此前提下， 提高焊接速度， 减少焊层厚度， 厚度控制在２． ０ｒａｍ， 由于焊缝较长采用分段倒退焊，达到降低焊接线能量又能充分熔合的目的。
工艺分析
１Ｃｒｌ３为含Ｃｒ量在１３％左右的马氏体不锈钢， 具有较好的耐腐蚀性能， 较高的韧性和冷变形，减震性很好， 热强性可在４５０℃以下使用， 广泛用于汽轮机叶片材料、 用于４５０℃以下汽轮机动静叶片、 压气机导向叶片及其他耐腐蚀零件。
根据国际焊接协会碳当量公式：
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得到母材１Ｃｒｌ３钢的碳当量值为2.7％， 大大超过Ｏ． ４％， 焊接性均较差。此外， 再根据伊藤公司的冷裂纹敏感系数计算公式：
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得到母材１Ｃｒｌ３钢的Ｐｅｒｕ＝０． ８， 所以冷裂纹倾向较大， 焊前必须进行预热， 焊后进行热处理。根据ＤＬ／Ｔ火力发电厂焊接热处理技术规程， １Ｃｒｌ３钢的预热温度为300-350℃， 焊后热处理温度在650-720℃。
司太立６连铸铸棒在钴基合金中是使用最广泛的一种， 碳及钨含量适中， 韧性较好。 在８００℃以下的相当宽的温度范围内， 具有优良的耐腐蚀、 耐高温、 抗冲击和抗粘着磨损性能。 堆层可进行机械加工。 根据焊材供应商提供， 焊接时一般预热到２５０． ３５０℃， 堆焊层间温度为３００℃， 焊后预热应立即进行热处理热处理温度不超过６８０℃。
根据以上母材和焊材的预热和热处理要求相结合， 故在堆焊时制定预热温度为３００℃， 焊后热处理温度为６８０℃。
焊接工艺焊前准备工序 用氧． 乙炔火焰加热需返修叶片的钎焊司太立合金片， 取下合金片， 并打磨原钎焊部位， 去除钎料包括脱落司太立合金片的叶片）； 电动砂轮打磨进汽车车水蚀区域， 使之露出金属光泽， 边缘部位应圆滑过渡， 不得有尖角， 尽量去除水蚀痕迹；用放大镜检查焊接区域， 若有缺陷， 打磨去除缺陷， 并用着色探伤确认缺陷已去除干净后再进行下道工序：用丙酮清洗干净水蚀区域， 去除油、 锈等污物；焊接焊接方法的选择 ＧＴＡＷ２． 焊接设备选用ＺＸ７－４００ＳＴＧ焊机， 该焊机带高频引弧及自动衰减装置， 带弧焊设备。 焊接材料的选择 用于受损基材部位ＥＲ－４１０ ０２． ４ｍｍ
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用于水蚀区域表面层司太立６连铸铸棒钴基合金０.３- ２ｍｍ
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焊前预热因叶片位置不能用用履带包围进行电加热， 所以用氧． 乙炔进行加热预热， 增加了难度， 必须用熟练的风焊工进行操作， 边加热边用测温仪测温， 加热预热温度２５０． ３５０℃。 （条件允许最好电加热进行加热）。
焊接参数电流７５． １２０Ａ 氩气流量８． １０Ｌ／ｍｉｎ
焊接顺序； 从坡口内侧至外分道堆焊， 每段焊缝长度不得超过５０ｍｍ， 采用分段倒退焊， 先用ＥＲ＿４１０焊丝焊填充受损基材， 然后用司太立６焊丝堆焊水蚀区域表面层， 表面层堆焊３－４ｒａｍ。焊接时焊接时要采用小线能量， 采用多层多道焊， 道间温度控制在２５０℃之间， 必要时用远红外测温仪进行测温， 多层多焊道应避免应力集中， 一叶叶片焊接完成后， 焊接下一只叶片必须间隔４５。以上， 以分散热量， 减少变形。
７焊接完成后用硅酸铝保温材料包裹缓冷， 缓冷至马氏体转变温度以下１５０。 Ｃ左右， 焊接区域立即用氧． 乙炔中性火焰进行回火热处理， 注意必须要均匀升温， 由熟练的风焊工操作， 用测温仪不断测温， 控制温度。 热处理温度为６８０℃， 维持温度１５． ２０分钟后用保温棉包裹紧， 缓冷至室温。 热处理工艺曲线见图ｌ。
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待叶片冷至室温后按叶片线形打磨补焊区域并抛光。
焊后检验对所有叶片都进行了着色探伤和射线探伤检查， 未发现裂纹等超标缺陷， 射线拍片评级都在二级以上， 质量检验结果合格；硬度测试结果为母材ＨＶ２０９， 熔合区ＨＶ２６４， 焊缝ＨＶ２８４， 都在合格范围内；叶片频率根据规程为８５～９８Ｈｚ， 焊前实测为８９． ３～９４． ３Ｈｚ， 焊后实测为８８． １￣９３． １Ｈｚ， 分散度实 测为５． ５％， 小于规定值８％， 亦为合格；动平衡ｊ转子在３０００ｒ／ｒａｉｎ转速下进行高速动平衡， 经校正后轴承座振动速度有效值 Ｖｒｍｓ＜１． ８０ｍｍ／Ｓ， 合格； 金相组织： 焊缝为低碳回火索氏体＋少量６铁素体， 晶粒度５级； 过热区为粗大的有位向的回火索氏体， 晶界有碳化物析出， 晶粒度５级； 母材为回火索氏体， 热影响区为ｌｍｍ。
结论在叶片水蚀部位用司太立６连铸铸棒钴基合金直接堆焊替代司太立合金钎焊， 大大提高了防水蚀能力， 提高机组运行的安全性和经济性， 本文为今后６００ＭＷ汽轮机转子叶片在检修堆焊修复得以借鉴和参考。