晨光刚透进研发实验室,真空熔炼区的机器便嗡嗡运转起来。李薇穿着防尘工装,盯着熔炼炉的温度显示屏,对身旁的实验员赵宇说:“第一组合金配比按方案来,铼含量5%、钨8%,严格控制真空度在10^-3Pa,别出半点差错。”
赵宇点点头,手指精准调节着设备参数:“李姐放心,熔炼流程咱们练了三遍,原料纯度也都检测过,99.99%的镍基粉,铼和钨都是高纯试剂,肯定没问题。”
一旁的江浩捧着配比单,时不时核对原料称重记录:“这五组样品,铼含量从3%到7%梯度递增,就是为了找到临界值,希望能兼顾高温强度和塑性,别让咱们的首轮实验落空。”
李薇轻轻敲了敲熔炼炉壁:“张教授说过,铼是提升高温抗蠕变的核心,但脆性也是硬伤,咱们今天就是要摸透这个平衡点,这是研发的第一步,必须走稳。”
五组合金原料依次完成真空熔炼、等温锻造和热处理,被加工成标准的高温拉伸测试试样。下午两点,试样被送到性能测试区,王坤研究员早已调试好高温拉伸试验机,温度预设在3000℃,与火箭发动机燃烧室工况一致。
“先测5%铼含量的试样,这是咱们最看好的一组。”王坤按下设备启动键,试验机夹牢试样,炉膛开始升温,“林研究员和张教授马上就到,大家盯紧数据,有异常立刻喊停。”
炉膛温度稳步攀升,试样在高温下保持恒温半小时后,拉伸测试正式开始。所有人的目光都聚焦在数据显示屏上,拉力数值缓缓上升,可就在接近设计强度时,屏幕突然一跳,试样断裂的警报声刺耳响起。
“断了?”赵宇惊呼一声,连忙记录数据,“抗拉强度只到750MPa,没达到800MPa的指标,而且断口很平整,是脆性断裂特征!”
李薇的脸色瞬间沉了下来,蹲下身查看断裂的试样:“断口没有塑性变形的痕迹,果然是铼含量太高导致的脆性增加,这组配比彻底失败了。”
这时林荞和张教授走进测试区,看到断裂的试样,林荞沉声问:“具体数据怎么样?5%铼含量的试样,连基础强度指标都没达到,还出现脆性断裂?”
王坤把检测报告递过去:“林研究员,张教授,您看,5%铼+8%钨的试样,3000℃下抗拉强度750MPa,延伸率仅1.2%,典型的脆性断裂,完全不符合要求。”
张教授捏着报告,眉头紧锁:“比我预想的还要糟,看来第三代镍基合金对铼的耐受度比想象中低,5%的含量就已经让塑性骤降,这和航天领域的现有数据偏差太大了。”
“那赶紧测剩下四组,看看梯度配比的结果。”林荞当即下令,“不管好坏,先把数据拿全,才能找到问题所在,盲目试配只会浪费时间。”
剩下四组试样依次上机测试,实验室里只剩设备的运转声,每个人的心情都随着数据起伏。3%铼含量的试样拉伸时,塑性尚可,延伸率达到3.5%,可抗拉强度只有680MPa,离800MPa的指标差了一大截。
4%铼含量的试样,强度提升到720MPa,延伸率却降到2%,依旧是脆性偏强;6%和7%铼含量的试样更糟,还没达到设计拉力,就直接脆断,延伸率不足1%。
五组试样的测试报告摆在会议桌上,红笔标注的“未达标”刺得人眼疼。林荞敲着桌子,语气凝重:“首轮实验全败,铼含量高了脆断,低了强度不够,这是典型的性能失衡,大家说说,问题到底出在哪?”
李薇揉着发酸的眼睛,语气带着自责:“是我考虑不周,只关注了铼和钨的高温强化作用,没考虑到咱们优化的合金基体,和纯第三代镍基合金的元素相容性有偏差,铼的添加阈值变低了。”
“不能怪你,这是首轮实验的必然问题。”张教授摆摆手,指着配比单,“我也有责任,照搬了航天领域的现有数据,没考虑到咱们为了控制成本,减少了钴的添加量,钴是提升合金塑性的关键,少了钴,铼的脆性影响就被放大了。”
江浩翻着合金相图,轻声分析:“没错,钴能细化合金晶粒,提升塑性,咱们把钴含量从15%降到10%,就是为了降低成本,可没想到连锁反应这么大,铼的耐受度直接下降了2个百分点。”
陈阳坐在一旁,忍不住发问:“那现在怎么办?加钴的话,成本上去了,违背咱们研发的初衷;不加钴,铼的含量上不去,强度又达不到,这不是陷入死循环了吗?”
这话戳中了核心,会议室里瞬间安静下来。王坤研究员打破沉默:“其实也不是非此即彼,咱们能不能换个思路,不单纯靠铼提升强度,用其他元素做复合强化,弥补铼的不足?”
“你的意思是,多元微合金化?”张教授眼前一亮,“用两种或三种低含量的强化元素,替代高含量的铼,既提升强度,又不增加脆性,这个思路可行!”