汽轮机叶片用耐冲击铝合金及其热处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种汽轮机叶片用耐冲击铝合金，其化学成分的质量百分比为：Si：7.5%～9.5%；Cu：2.2%～3.0%；Mg：0.6%～0.9%；Fe：0.5%～0.8%；Zn：0.70%～0.95%；Mn：0.3%～0.5%；Ni：0.2%～0.5%；Lu：0.004-0.008%，Dy：0.08-0.09%，Sr：0.001%～0.0015%；Ti：0.003%～0.005%；B：0.0015%～0.0035%，余量为Al和不可消除的杂质。本发明通过对组分的调整和工艺的改变，能够有效提高汽轮机叶片的耐冲击性能，保证汽轮机叶片的使用寿命。
【专利说明】汽轮机叶片用耐冲击铝合金及其热处理工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铝合金及其热处理工艺，具体的说是一种汽轮机叶片用耐冲击铝 合金及其热处理工艺，属于汽轮机叶片制造领域。
【背景技术】
[0002] 汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，又称蒸汽透平。主要 用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，还可以利用汽 轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。汽轮机主要应用于电力工业、船舶 工业、水泥、化工、石油、冶金、重型机械等领域。
[0003] 汽轮机是一种旋转式的流体动力机械，它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机 械能的作用，而叶片是汽轮机的"心脏"，是汽轮机中极为主要的零件。叶片是汽轮机中将汽 流的动能转换为有用功的重要部件，其工作环境极其恶劣，且每一级叶片的工作条件均不 相同。
[0004] 初始几级动叶片除在高温过热蒸汽中工作，易发生高温氧化腐蚀、磨蚀和高温蠕 变破坏。随着过热蒸汽的膨胀作功，蒸汽温度逐渐降低，最后几级叶片虽然工作温度较低 (60°C-11(TC)，但叶片却承受蒸汽中夹杂的水滴的冲刷，造成水冲蚀。另外，运行过程 中沉积在叶片上可溶性盐垢（如钠盐）吸收蒸汽由于温度降低冷凝出来的水份形成腐蚀性 电解液覆在叶片表面，造成电化学腐蚀。末级叶片在离心力，叶片振动以及水冲刷的复杂 应力状态下，加上工作于具有腐蚀性的环境下，往往产生应力腐蚀，腐蚀疲劳，疲劳等破 坏。实际失效的叶片常常是上述多种破坏方式复合的结果。
[0005] 每一级叶片的工作温度都不相同，并且工作在高温、高压、高转速或湿蒸汽区等恶 劣环境中，经受着离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区高速水滴冲蚀的 共同作用。要满足不断提高的使用性能需求仅仅依靠新型叶片材料的应用仍然很难满足， 必须将各种热处理技术应用到汽轮机叶片的制造当中才能达到对叶片具耐腐蚀、高效率、 高精度和高寿命的要求。
【发明内容】
[0006] 针对本发明所要解决的技术问题是，提供一种汽轮机叶片用耐冲击铝合金及其热 处理工艺，通过对组分的调整和工艺的改变，能够有效提高汽轮机叶片的耐冲击性能，保证 汽轮机叶片的使用寿命。
[0007] 本发明解决以上技术问题的技术方案是：提供一种汽轮机叶片用耐冲击铝合金， 其化学成分的质量百分比为：Si :7· 5%?9. 5% ;Cu :2· 2%?3. 0% ;Mg :0· 6%?0· 9% ;Fe : 0· 5% ?0· 8% ;Zn :0· 70% ?0· 95% ;Mn :0· 3% ?0· 5% ;Ni :0· 2% ?0· 5% ;Lu :0· 004-0. 008%， Dy :0· 08-0. 09%，Sr :0· 001% ?0· 0015% ;Ti :0· 003% ?0· 005% ;B :0· 0015% ?0· 0035%，余 量为A1和不可消除的杂质。
[0008] 本发明的进一步技术方案，前述的汽轮机叶片用耐冲击铝合金，Si :7. 5% ;Cu: 2. 2% ；Mg ：0. 6% ；Fe ：0. 5% ；Zn ：0. 70% ；Mn ：0. 3% ；Ni ：0. 2% ；Lu ：0. 004%, Dy ：0. 08%, Sr ： 0. 001% ;Ti :0. 003% ;B :0. 0015%，余量为A1和不可消除的杂质。
[0009] 前述的汽轮机叶片用耐冲击铝合金，其化学成分的质量百分比为：Si :9.5%; Cu ：3. 0% ；Mg ：0. 9% ；Fe ：0. 8% ；Zn ：0. 95% ；Mn ：0. 5% ；Ni ：0. 5% ；Lu ：0. 008%, Dy ：0. 09%, Sr ： 0. 0015% ;Ti :0. 005% ;B :0. 0035%，余量为A1和不可消除的杂质。
[0010] 前述的汽轮机叶片用耐冲击铝合金，其化学成分的质量百分比为：Si :8.5%; Cu ：2. 5% ；Mg ：0. 8% ；Fe ：0. 7% ；Zn ：0. 85% ；Mn ：0. 4% ；Ni ：0. 3% ；Lu ：0. 005%, Dy ：0. 09%, Sr ： 0. 0015% ;Ti :0. 004% ;B :0. 0025%，余量为A1和不可消除的杂质。
[0011] 一种汽轮机叶片用耐冲击铝合金的热处理工艺，包括以下步骤： a. 对由权利要求1组分制成的铝棒进行加热处理，置于500° -550°的高温环境下进 行加热处理，加热处理时间3. 5-4. 5小时； b. 对加热处理后的铝棒进行连续挤压，最终道次以45% -50 %的压下率对铝合金板进 行冷乳； c. 将挤压后的铝棒快速冷却至大气温度，快速冷却时以5° -15°的低温快速冷却所 述铝棒； d. 对冷却后的铝棒进行高速拉拨形成铝合金坯料； e. 对冷轧处理后的铝合金放入中频炉加温，同时进行高温退火处理，退火时间为2-5 秒。
[0012] 前述的汽轮机叶片用耐冲击铝合金的热处理工艺，包括以下步骤： a. 对由权利要求1组分制成的铝棒进行加热处理，置于550°的高温环境下进行加热 处理，加热处理时间3. 5小时； b. 对加热处理后的铝棒进行连续挤压，最终道次以45%的压下率对铝合金板进行冷 轧； c. 将挤压后的铝棒快速冷却至大气温度，快速冷却时以15°的低温快速冷却所述铝 棒； d. 对冷却后的铝棒进行高速拉拨形成铝合金坯料； e. 对冷轧处理后的铝合金放入中频炉加温，同时进行高温退火处理，退火时间为5 秒。
[0013] 前所述的汽轮机叶片用耐冲击铝合金的热处理工艺，包括以下步骤： a. 对由权利要求1组分制成的铝棒进行加热处理，置于500°的高温环境下进行加热 处理，加热处理时间4. 5小时； b. 对加热处理后的铝棒进行连续挤压，最终道次以50%的压下率对铝合金板进行冷 轧； c. 将挤压后的铝棒快速冷却至大气温度，快速冷却时以5°的低温快速冷却所述铝 棒； d. 对冷却后的铝棒进行高速拉拨形成铝合金坯料； e. 对冷轧处理后的铝合金放入中频炉加温，同时进行高温退火处理，退火时间为2 秒。前述的汽轮机叶片用耐冲击不锈钢的生产工艺，包括以下步骤： a.对由权利要求1组分制成的铝棒进行加热处理，置于525°的高温环境下进行加热 处理，加热处理时间4. 5小时； b. 对加热处理后的铝棒进行连续挤压，最终道次以45%的压下率对铝合金板进行冷 轧； c. 将挤压后的铝棒快速冷却至大气温度，快速冷却时以10°的低温快速冷却所述铝 棒； d. 对冷却后的铝棒进行高速拉拨形成铝合金坯料； e. 对冷轧处理后的铝合金放入中频炉加温，同时进行高温退火处理，退火时间为2. 5 秒。
[0014] 本发明的有益效果是：本发明通过表面强化热处理可以细化晶粒，同时提高叶片 的韧性，可以减轻或消除带状组织等缺陷，提高叶片整体冲击性能，且通过冷却速度的快慢 控制，而且使叶片组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙眼，且获得较好的综合力学性能和 抗腐蚀性能。
【具体实施方式】
[0015] 实施例1 本实施例提供的一种汽轮机叶片用耐冲击铝合金，Si :7. 5% ;Cu :2. 2% ;Mg :0. 6% ;Fe : 0. 5% ；Zn ：0. 70% ；Mn ：0. 3% ；Ni ：0. 2% ；Lu ：0. 004%, Dy ：0. 08%, Sr ：0. 001% ；Ti ：0. 003% ；B ： 0. 0015%，余量为A1和不可消除的杂质。
[0016] 本实施例提供的汽轮机叶片用耐冲击铝合金的热处理工艺，包括以下步骤： a. 对由权利要求1组分制成的铝棒进行加热处理，置于550°的高温环境下进行加热 处理，加热处理时间3. 5小时； b. 对加热处理后的铝棒进行连续挤压，最终道次以45%的压下率对铝合金板进行冷 轧； c. 将挤压后的铝棒快速冷却至大气温度，快速冷却时以15°的低温快速冷却所述铝 棒； d. 对冷却后的铝棒进行高速拉拨形成铝合金坯料； e. 对冷轧处理后的铝合金放入中频炉加温，同时进行高温退火处理，退火时间为5 秒。实施例2 本实施例提供的一种汽轮机叶片用耐冲击铝合金，其化学成分的质量百分比为：Si : 9. 5% ；Cu ：3. 0% ；Mg ：0. 9% ；Fe ：0. 8% ；Zn ：0. 95% ；Mn ：0. 5% ；Ni ：0. 5% ；Lu ：0. 008%, Dy ：0. 09%, Sr :0. 0015% ;Ti :0. 005% ;B :0. 0035%，余量为 A1 和不可消除的杂质。
[0017] 本实施例提供的汽轮机叶片用耐冲击铝合金的热处理工艺，包括以下步骤： a. 对由权利要求1组分制成的铝棒进行加热处理，置于500°的高温环境下进行加热 处理，加热处理时间4. 5小时； b. 对加热处理后的铝棒进行连续挤压，最终道次以50%的压下率对铝合金板进行冷 轧； c. 将挤压后的铝棒快速冷却至大气温度，快速冷却时以5°的低温快速冷却所述铝 棒； d. 对冷却后的铝棒进行高速拉拨形成铝合金坯料； e.对冷轧处理后的铝合金放入中频炉加温，同时进行高温退火处理，退火时间为2 秒。实施例3 本实施例提供的一种汽轮机叶片用耐冲击铝合金，其化学成分的质量百分比为：Si : 8. 5% ；Cu ：2. 5% ；Mg ：0. 8% ；Fe ：0. 7% ；Zn ：0. 85% ；Mn ：0. 4% ；Ni ：0. 3% ；Lu ：0. 005%, Dy ：0. 09%, Sr :0. 0015% ;Ti :0. 004% ;B :0. 0025%，余量为 A1 和不可消除的杂质。
[0018] 本实施例提供的汽轮机叶片用耐冲击不锈钢的生产工艺，包括以下步骤： a. 对由权利要求1组分制成的铝棒进行加热处理，置于525°的高温环境下进行加热 处理，加热处理时间4. 5小时； b. 对加热处理后的铝棒进行连续挤压，最终道次以45%的压下率对铝合金板进行冷 轧； c. 将挤压后的铝棒快速冷却至大气温度，快速冷却时以10°的低温快速冷却所述铝 棒； d. 对冷却后的铝棒进行高速拉拨形成铝合金坯料； e. 对冷轧处理后的铝合金放入中频炉加温，同时进行高温退火处理，退火时间为2. 5 秒。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的 技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【权利要求】
1. 汽轮机叶片用耐冲击铝合金，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：Si :7. 5%? 9. 5% ;Cu :2· 2% ?3. 0% ;Mg :0· 6% ?0· 9% ;Fe :0· 5% ?0· 8% ;Zn :0· 70% ?0· 95% ;Mn :0· 3% ? 0· 5% ;Ni :0· 2% ?0· 5% ;Lu :0· 004-0. 008%，Dy :0· 08-0. 09%，Sr :0· 001% ?0· 0015% ;Ti : 0. 003%?0. 005% ;B :0. 0015%?0. 0035%，余量为A1和不可消除的杂质。
2. 根据权利要求1中所述的汽轮机叶片用耐冲击铝合金，其特征在于：Si :7. 5%; Cu ：2. 2% ；Mg ：0. 6% ；Fe ：0. 5% ；Zn ：0. 70% ；Mn ：0. 3% ；Ni ：0. 2% ；Lu ：0. 004%, Dy ：0. 08%, Sr ： 0. 001% ;Ti :0. 003% ;B :0. 0015%，余量为A1和不可消除的杂质。
3. 根据权利要求1中所述的汽轮机叶片用耐冲击铝合金，其特征在于：其化学成分的 质量百分比为：Si :9. 5% ;Cu :3. 0% ;Mg :0· 9% ;Fe :0· 8% ;Zn :0· 95% ;Mn :0· 5% ;Ni :0· 5% ;Lu : 0· 008%，Dy :0· 09%，Sr :0· 0015% ;Ti :0· 005% ;B :0· 0035%，余量为 A1 和不可消除的杂质。
4. 根据权利要求1中所述的汽轮机叶片用耐冲击铝合金，其特征在于：其化学成分的 质量百分比为：Si :8. 5% ;Cu :2. 5% ;Mg :0· 8% ;Fe :0· 7% ;Zn :0· 85% ;Mn :0· 4% ;Ni :0· 3% ;Lu : 0. 005%，Dy :0. 09%，Sr :0. 0015% ;Ti :0. 004% ;B :0. 0025%，余量为 A1 和不可消除的杂质。
5. 根据权利要求1中所述的汽轮机叶片用耐冲击铝合金的热处理工艺，其特征在于 a. 对由权利要求1组分制成的铝棒进行加热处理，置于500° -550°的高温环境下进 行加热处理，加热处理时间3. 5-4. 5小时； b. 对加热处理后的铝棒进行连续挤压，最终道次以45% -50 %的压下率对铝合金板进 行冷乳； c. 将挤压后的铝棒快速冷却至大气温度，快速冷却时以5° -15°的低温快速冷却所 述铝棒； d. 对冷却后的铝棒进行高速拉拨形成铝合金坯料； e. 对冷轧处理后的铝合金放入中频炉加温，同时进行高温退火处理，退火时间为2-5 秒。
6. 根据权利要求5中所述的汽轮机叶片用耐冲击铝合金的热处理工艺，其特征在于： a. 对由权利要求1组分制成的铝棒进行加热处理，置于550°的高温环境下进行加热 处理，加热处理时间3. 5小时； b. 对加热处理后的铝棒进行连续挤压，最终道次以45%的压下率对铝合金板进行冷 轧； c. 将挤压后的铝棒快速冷却至大气温度，快速冷却时以15°的低温快速冷却所述铝 棒； d. 对冷却后的铝棒进行高速拉拨形成铝合金坯料； e. 对冷轧处理后的铝合金放入中频炉加温，同时进行高温退火处理，退火时间为5 秒。
7. 根据权利要求5中所述的汽轮机叶片用耐冲击铝合金的热处理工艺，其特征在于： a. 对由权利要求1组分制成的铝棒进行加热处理，置于500°的高温环境下进行加热 处理，加热处理时间4. 5小时； b. 对加热处理后的铝棒进行连续挤压，最终道次以50%的压下率对铝合金板进行冷 轧； c. 将挤压后的铝棒快速冷却至大气温度，快速冷却时以5°的低温快速冷却所述铝 棒； d. 对冷却后的铝棒进行高速拉拨形成铝合金坯料； e. 对冷轧处理后的铝合金放入中频炉加温，同时进行高温退火处理，退火时间为2 秒。
8.根据权利要求5中所述的汽轮机叶片用耐冲击不锈钢的生产工艺，其特征在于： a. 对由权利要求1组分制成的铝棒进行加热处理，置于525°的高温环境下进行加热 处理，加热处理时间4. 5小时； b. 对加热处理后的铝棒进行连续挤压，最终道次以45%的压下率对铝合金板进行冷 轧； c. 将挤压后的铝棒快速冷却至大气温度，快速冷却时以10°的低温快速冷却所述铝 棒； d. 对冷却后的铝棒进行高速拉拨形成铝合金坯料； e. 对冷轧处理后的铝合金放入中频炉加温，同时进行高温退火处理，退火时间为2. 5 秒。
【文档编号】C22F1/043GK104195382SQ201410429671
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】王河平, 孙彦颖, 刘明昊, 刘达, 李志伟, 宗国翼 申请人:南京赛达机械制造有限公司