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用于航空、航天、艦船、發電、動力、機車以及石油和化工等工業中關鍵部件的材料。含鎢高溫合金主要用于服役溫度較高的承載環境，例如，GH4037合金（W的質量分數為5.0%～7.0%）可在850℃以下使用；GH4049合金（W的質量分數為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的質量分數為5.5%～7.0%）長期工作溫度可達1000℃；GH5188合金中加入W的質量分數為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鎢夾雜。如果葉片等零件內部存在鎢夾雜，夾雜將引起應力集中，并成為交變載荷下的疲勞源，嚴重影響航空發動機渦輪葉片、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質量提供理論指導和依據。

研究發現GH4049合金中的鎢夾雜物形貌極其不規則，與基體存在類似于裂紋的間隙，夾雜內部存在黑色圓點。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在焊縫中。

真空感應冶煉含鎢較高的高溫合金時，高熔點的鎢可能出現未完全熔化現象，導致鎢夾雜形成。為了防止鎢夾雜的形成，真空感應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，熔煉時不會產生鎢夾雜。

高溫合金的熔煉采用真空感應熔煉+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鎢極，導致產生夾雜。多年來，國內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在焊縫位置；另外，氬氣噴嘴的陶瓷管內壁會有鎢極的“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）結構不合理的等離子弧焊槍，導致等離子焊機設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，鎢極容易出現熔化現象，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鎢夾雜的幾率也越大。

（3）采用焊槍結構合理的等離子弧焊機，可以解決高溫合金出現鎢夾雜的問題。

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