高溫合金概述

1、1.1高溫合金1.1.1高溫合金及其發(fā)展概況高溫合金是指以鐵、鈷、鎳為基體，能在600℃以上溫度，一定應(yīng)力條件下適應(yīng)不同環(huán)境短時(shí)或長(zhǎng)時(shí)使用的金屬材料。具有較高的高溫強(qiáng)度、塑性，良好的抗氧化、抗熱腐蝕性能，良好的熱疲勞性能，斷裂韌性，良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性。高溫合金為單一奧氏體組織，在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用的可靠性，基于上述性能特點(diǎn)，且高溫合金的合金化程度很高，故在英美稱之為超合金（Superalloy）。高溫合金于2

2、0世紀(jì)40年代問(wèn)世，最初就是為滿足噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)材料的耐高溫和高強(qiáng)度要求而研制的，高溫合金的發(fā)展與航空發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)步密切相關(guān)，1939年英國(guó)Mond鎳公司首先研究出Nimonic75，隨后又研究出Nimonic80合金，并在1942年成功用作渦輪氣發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片材料，此后該公司又在合金中加入硼、鋯、鈷、鉬等合金元素，相繼開(kāi)發(fā)成功Nimonic80A、Nimonic90等合金，形成Nimonic合金系列。如今先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中高溫合金用量已超過(guò)5

3、0%。此外，在航天、核工程、能源動(dòng)力、交通運(yùn)輸、石油化工、冶金等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。高溫合金在滿足不同使用條件中得到發(fā)展，形成各種系列的合金，除傳統(tǒng)的高溫合金外，還開(kāi)發(fā)出一批高溫耐磨、高溫耐蝕的合金。高溫合金是航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等高溫?zé)岫瞬考牟豢纱娴牟牧?，由于其用途的重要性，?duì)材料的質(zhì)量控制與檢測(cè)非常嚴(yán)格。高溫合金的基本用途仍舊是飛行器的燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部分，它要占先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)重量的50％以上。然而，這些材料在高溫下

4、極好的性能已使其用途遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這一行業(yè)。除了航空部件之外，規(guī)定將這些合金用于艦船、工業(yè)、陸地發(fā)電站以及汽車用途的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上。具體的發(fā)動(dòng)機(jī)部件包括渦輪盤、葉片、壓縮機(jī)輪、軸、燃燒室、后燃燒部件以及發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓。除了燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)之外，高溫合金還被選擇用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、宇宙、石油化工、能源生產(chǎn)、內(nèi)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)、金屬成形(熱加工工模具)、熱處理設(shè)備、核電反應(yīng)堆和煤轉(zhuǎn)換裝置。（二）鈷基高溫合金鈷基高溫合金是以鈷作為主要成分，含有相當(dāng)數(shù)量的鎳、鉻、鎢

5、和少量的鉬、鈮、鉭、鈦、鑭。偶然也還含有鐵的一類合金，與其他高溫合金不同，它不是由與基體牢固結(jié)合的有序沉淀相來(lái)強(qiáng)化，而是由已被固溶強(qiáng)化的奧氏體fcc母體和母體中分布少量碳化物組成。鑄造鈷基高溫合金卻是在很大程度上依靠碳化物強(qiáng)化。純鈷晶體在417℃以下是密排六方（hcp）晶體結(jié)構(gòu)，在更高溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)閒cc。為了避免鈷基合金在使用時(shí)發(fā)生這種轉(zhuǎn)變，實(shí)際上所有鈷基合金由鎳合金化，以便在室溫到熔點(diǎn)溫度范圍內(nèi)使組織穩(wěn)定化。鈷基合金具有平坦的斷裂應(yīng)力

6、溫度關(guān)系，但在1000℃以上卻顯示出比其他高溫下具有優(yōu)異的抗熱腐蝕性能，這可能是因?yàn)樵摵辖鸷t量較高，這是這類合金的一個(gè)特征。鈷基合金比鎳基合金的焊接性能和抗熱疲勞性能更好。（三）鎳基高溫合金鎳基高溫合金是指在650℃1200℃范圍內(nèi)使用，以鎳為基體的奧氏體型合金。具有在使用溫度下較高的強(qiáng)度，優(yōu)良的抗氧化和抗腐蝕性，是應(yīng)用最廣泛的高溫合金。鎳基高溫合金廣泛地應(yīng)用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)、各類燃?xì)廨啓C(jī)熱部件，如渦輪部分的工作葉片、導(dǎo)向熱片、渦輪盤

7、和燃燒室等，由于鎳基高溫合金的工作溫度高、組織穩(wěn)定，有害相少，抗氧抗熱腐蝕性好，能在較高溫度和應(yīng)力條件下工作，因此在高溫合金中占重要地位。目前先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)上鎳基高溫合金已占總量重的一半左右，不僅渦輪葉片和燃燒室，而且渦輪盤甚至壓氣機(jī)葉片也開(kāi)始使用鎳基合金。鎳基高溫合金按工藝分為變形、鑄造（定向、單向、共晶）、彌散強(qiáng)化機(jī)械合金化，快速凝固粉末合金四類，依靠新工藝開(kāi)發(fā)不僅可提高高溫合金性能，還相應(yīng)開(kāi)發(fā)出多種新合金。1鎳基變形高溫合金鎳基變形