紧固件用A286高温合金AMS标准解读与应用

2021-09-29齐跃万志慧余传魁张晓斌唐伟林忠亮

金属加工(热加工) 2021年9期

齐跃，万志慧，余传魁，张晓斌，唐伟，林忠亮

航天精工股份有限公司天津 300300

1 序言

A286是Fe-25Ni-15Cr铁基高温合金，加入钼、钛、铝、钒及微量硼元素综合强化。在650℃以下具有较高的屈服强度和持久的高温蠕变强度，并且具有较好的加工塑性和良好的焊接性能，适合制造在650℃以下长期工作的航空发动机高温承力部件，如涡轮盘、压气机盘、转子叶片和紧固件等。相近的材料牌号为我国的GH2132、法国的ZbNCT25等。

A286是美国牌号，常用的材料标准[1-6]主要有AMS 5731—2006等6项，不同的标准对应的材料状态、热处理制度以及性能等级存在很大的差异，因此在使用时应格外注意。

采用A286生产紧固件种类繁多，其主要产品集中在900MPa级的螺母、1100MPa级的HB系列螺栓、1300MPa级的NAS系列的高强度螺栓以及试验芯棒等。由于A286的沉淀硬化作用与原材料的变形强化程度息息相关，所以根据不同产品的性能等级要求，需要在生产准备时注意选择不同标准的原材料。而在实际生产中，经常出现因工艺编制人员以及生产准备人员对标准理解不到位，引起产品性能不满足技术条件要求而重新投产甚至报废的情况。

为避免因为选材不当带来的不必要麻烦和损失，本文主要针对A286合金的标准进行解读，并结合实际生产应用情况，对A286的选用给出材料专业方面的建议，希望对行业的技术发展起到促进作用。

2 A286标准概况

目前，常用的A286材料主要形式为棒材或线材，下面将常用的标准概况在表1中进行简要汇总。

表1 进口材料A286标准概况

3 各标准推荐的热处理制度

根据不同标准的要求，形成了对应的热处理工艺建议制度及其工艺，详见表2。

表2 各标准对应的热处理制度及工艺

4 性能等级差异性分析

不同的材料标准，对材料的性能等级规定不同，常用的等级有900MPa级、1100MPa级和1300MPa级，对应的标准要求在表3中列举。

表3 A286热处理后的力学性能

性能等级的差异，主要取决于材料在制备时选择的拉拔工艺。不同性能等级的材料，对应不同的拉拔量，即变形量。变形量越大，在材料中形成的孪晶数量越多。

研究表明[7]，A286为铁基时效强化型高温合金，合金经过热轧+固溶后，各种强化相和析出相都回溶到γ奥氏体基体中，表现出低强度高塑性。经过时效后，合金力学性能发生显著变化，抗拉强度、屈服强度迅速增加，伸长率、断面收缩率迅速降低。这主要是因为合金在时效过程中，固溶于过饱和固溶体中的元素在γ基体上弥散均匀析出Ni3（Ti，Al）型γ'相以及TiN或TiC等析出相，这些析出相在基体中阻碍位错移动，起到了良好的强化作用，合金时效后，强度得到迅速提高。随着时效时间的延长，合金组织形成不同数量的孪晶，使得合金在时效过程中抗拉强度、屈服强度先增加再降低，伸长率与断面收缩率略有变化。孪晶数量越多，合金强度越高，这主要是因为孪晶阻碍位错运动而起到强化作用，所以孪晶越细越多，其切割晶体的作用越显著，金属基体的强化程度也越高。由以上分析可以得出，合金在时效前期，沉淀硬化起主要作用；时效后期，沉淀硬化与孪晶共同作用起到强化作用。

变形孪晶界形成于合金的变形过程中，虽然在某些层错能低的合金中，可以通过变形获得含量很高的变形孪晶界，但由于其形成于变形过程中，合金中存在较大的应变和应力，处于不稳定状态，而合金通常是热处理后（应力较低）才能应用。另外，变形孪晶界之间间距细小，易在热处理过程中因回复或再结晶而湮灭。也就是说，由于合金的变形组织降低了变形孪晶界的稳定性，导致其含量难以控制，所以变形孪晶界在未解决其稳定性之前难以得到有效的应用。

由以上分析可以推断，不同标准规定的服役条件不同的原因，即对于变形量较大的A286高温合金而言，使用温度相对变形量小的A286高温合金略低，表1中的服役条件给出了很好的解释。