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Hochtemperaturlegierung 22Cr12NiWMoV von chinesischen Lieferanten und Herstellern – martensitischer ausscheidungshärtender Stahl
Beschreibung
22Cr12NiWMoV ist ein typischer martensitischer, ausscheidungshärtender Edelstahl und zählt zu den Hochtemperaturlegierungen. Durch die Einbringung verschiedener verstärkender Elemente (wie W, Mo, V und Nb) in eine kohlenstoffarme martensitische Matrix und eine entsprechende Wärmebehandlung erzielt er ausgezeichnete Festigkeit, gute Zähigkeit, Dauerfestigkeit sowie eine gewisse Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen (typischerweise unter 600 °C).
DZ 2.11.31-2021Die von der Aviation Industry Corporation of China (AVIC) herausgegebene Industrienorm ist als „Spezifikation für warmgewalzte und geschmiedete Stangen für Flugzeugtriebwerke“ bekannt. Diese Norm legt die technischen Anforderungen an Legierungsstangen fest, die bei der Herstellung wichtiger Heißteilkomponenten von Flugzeugtriebwerken (wie Turbinenscheiben, Verdichterscheiben, Schaufeln und Wellen) verwendet werden, und umfasst die chemische Zusammensetzung, die mechanischen Eigenschaften, die Mikrostruktur und die Ultraschallprüfung.
Der Werkstoff 22Cr12NiWMoV gemäß der Norm DZ 2.11.31-2021 stellt sicher, dass seine Qualität die strengen Anforderungen des Triebwerksbereichs an hohe Leistung, hohe Zuverlässigkeit und hohe Konsistenz vollumfänglich erfüllt.
Kernfunktionen und Anwendungen
- Kombination aus hoher Festigkeit und guter Zähigkeit: Die Festigkeitssteigerung wird durch martensitische Umwandlung und anschließende Aushärtungsbehandlung zur Ausscheidung intermetallischer Verbindungen (wie z. B. der Laves-Phase) bei gleichzeitiger Beibehaltung einer ausreichenden Zähigkeit erreicht.
- Ausgezeichnete Wärmebeständigkeit: Es behält auch im Temperaturbereich von 550℃ ~ 620℃ noch seine hohe Festigkeit, Kriechfestigkeit und Spannungsrelaxationsbeständigkeit.
- Gute Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit: Enthält etwa 12 % Chrom, wodurch es in Umgebungen mit hohen Temperaturen und in bestimmten korrosiven Medien stabiler ist als gewöhnlicher legierter Stahl.
- Hervorragende Verarbeitungsleistung: gute Warmumformbarkeit (Schmieden, Walzen) und Schneidleistung.
- Turbinenrotorschaufeln: insbesondere die Arbeitsschaufeln der Mittel- und Niederdruckturbinen in den letzten Stufen.
- Kompressorrotorschaufeln und -scheiben: wird für die späteren Stadien von Scheiben und Schaufeln mit höheren Betriebstemperaturen verwendet.
- Ringteile und Befestigungselemente: wie z. B. Hochtemperaturschrauben, Federn und andere wichtige Verbindungsteile.
- Weit verbreitet in anderen Bereichen der High-End-Geräteherstellung, wie z. B. Gasturbinen und Kernenergieanlagen.
Wichtigste technische Anforderungen der Norm DZ 2.11.31-2021
Dieser Standard legt umfassende Anforderungen an 22Cr12NiWMoV-Stäbe fest, um deren Qualität in Luftfahrtqualität sicherzustellen.
1) Chemische Zusammensetzung (Schmelzanalyse)
| Element | Angegebener Bereich (Gew.-%) | Wirkung |
|---|---|---|
| C | 0,20 ~ 0,25 | Die Festigkeit der Martensitmatrix sicherstellen und Karbide bilden |
| Cr | 11,0 ~ 13,0 | Bietet Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion |
| In | 0,50 ~ 1,00 | Austenit stabilisieren, Zähigkeit und Härtbarkeit verbessern |
| IN | 1,50 ~ 2,00 | Mischkristallverfestigung, Verbesserung der thermischen Festigkeit und der Rekristallisationstemperatur |
| Für | 0,90 ~ 1,25 | Durch Mischkristallverfestigung wird die Anlasssprödigkeit unterdrückt und die Festigkeit verbessert |
| In | 0,20 ~ 0,40 | Bildung feiner VC- und V4C3-Carbide, Ausscheidungshärtung |
| Nb | 0,20 ~ 0,40 | Stabiles NbC bilden, Körner verfeinern und Festigkeit und Plastizität verbessern |
| S, P | ≤ 0,015 | Schädliche Elemente streng kontrollieren und Reinheit verbessern |
* Die Norm unterliegt einer äußerst strengen Kontrolle über den Gehaltsbereich der Legierungselemente, um die Stabilität und Reproduzierbarkeit der Materialeigenschaften zu gewährleisten.
2) Mechanische Eigenschaften
Die Norm legt fest, dass die mechanischen Eigenschaften von Stäben bei Raumtemperatur und hohen Temperaturen nach einem bestimmten Wärmebehandlungsverfahren (üblicherweise Abschrecken und Anlassen) die folgenden Indikatoren erfüllen müssen (am Beispiel einer gängigen Spezifikation variieren die spezifischen Werte je nach Spezifikation und Wärmebehandlungszustand):
| Leistungsindikatoren | Zahlenbereich | Testbedingungen |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit (Rm) | ≥ 930 MPa | Raumtemperatur |
| Spezifizierte nichtproportionale Dehnungsfestigkeit (Rp0,2) | ≥ 780 MPa | Raumtemperatur |
| Dehnung nach dem Bruch (A) | ≥ 15 % | Raumtemperatur |
| Querschnittsverringerung (Z) | ≥ 55 % | Raumtemperatur |
| Aufprallenergie (KU₂) | ≥ 63 J | Raumtemperatur |
Hochtemperaturbeständigkeit (z. B. bei 550 °C/530 MPa): Dauerhafte Lebensdauer: ≥ 100 Stunden (die genauen Testbedingungen und Anforderungen werden in der Norm festgelegt).
3) Metallurgische Qualität und zerstörungsfreie Prüfung
Dies ist der Kern, der die Standards der Luftfahrt von den Standards der gewöhnlichen Industrie unterscheidet, und die Anforderungen sind extrem hoch.
- Makrostruktur: Die turmförmige Haarrissprüfung und die Makrostruktur nach Säureeintauchen dürfen keine mit bloßem Auge sichtbaren Mängel wie Schrumpfungshohlräume, Blasen, Risse, Einschlüsse, weiße Flecken usw. aufweisen.
- Struktur bei hoher Vergrößerung: Die Korngröße muss in der Regel mindestens Stufe 4 (oder wie vereinbart) betragen, die Struktur muss einheitlich sein, es darf kein Überbrennen vorliegen und der Deltaferritgehalt muss kontrolliert werden.
- Nichtmetallische Einschlüsse: Für die Anteile der A-, B-, C- und D-Einschlüsse gelten äußerst strenge Beschränkungen (in der Regel muss die Feinheit ≤ Grad 1,5 oder höher sein).
- Ultraschall-Fehlerprüfung: Die Ultraschallprüfung erfolgt zu 100 % gemäß den in den Normen festgelegten Verfahren. Strenge Akzeptanzkriterien gelten für die Größe von äquivalenten Flachbodenfehlern (z. B. Φ 1,2 mm oder kleiner), um sicherzustellen, dass keine schädlichen Materialfehler vorhanden sind.
Wärmebehandlungssystem
DZ-Normen empfehlen oder spezifizieren üblicherweise Wärmebehandlungsverfahren, um sicherzustellen, dass das Material die erwarteten Eigenschaften aufweist. Das typische Wärmebehandlungsverfahren für die Luftfahrtindustrie für 22Cr12NiWMoV ist:
- Abschrecken (Austenitisieren): Erhitzen Sie das Material auf 1020℃ ~ 1050℃, halten Sie es warm und kühlen Sie es anschließend mit Öl oder an der Luft ab, um eine martensitische Struktur zu erhalten.
- Härten: Das Anlassen erfolgt in der Regel zweimal bei 560 °C bis 580 °C oder höher, gefolgt von einer Luftkühlung nach jedem Haltevorgang. Während des Anlassprozesses scheiden sich dispergierte, festigende Phasen aus, wodurch ein optimales Verhältnis von Festigkeit und Zähigkeit erreicht wird.
Zusammenfassung
22Cr12NiWMoV ist ein technologisch ausgereifter, hochleistungsfähiger, martensitischer, hitzebeständiger Stahl. Bei Herstellung und Kontrolle gemäß der Norm DZ 2.11.31-2021 erreichen seine Materialeigenschaften, seine metallurgische Qualität und seine Konsistenz höchste Standards für Flugzeugtriebwerke. Diese Norm, die eine präzise Kontrolle der chemischen Zusammensetzung, strenge Spezifikationen der mechanischen Eigenschaften und strikte Anforderungen an die Reinheit des inneren Gefüges umfasst, bildet eine entscheidende Grundlage für den sicheren, zuverlässigen und langlebigen Betrieb von Flugzeugtriebwerken.
Für Ingenieure, die sich für dieses Material entscheiden, bedeutet die Spezifizierung der Einhaltung der Norm DZ 2.11.31-2021, dass sie eine hohe Zuverlässigkeit der Materialleistung in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hohen Belastungen gewährleisten können.