高溫合金PPT課件

1、1 1.1.高溫合金的定義和發(fā)展高溫合金的定義和發(fā)展 高溫合金高溫合金是指能在是指能在6001200高溫下仍能保持高溫下仍能保持 按設計要求正常工作的金屬材料。按設計要求正常工作的金屬材料。 隨著人類飛向隨著人類飛向 太空，核動力、光太空，核動力、光 子火箭的發(fā)展，對子火箭的發(fā)展，對 高溫的要求進一步高溫的要求進一步 提高，將超出金屬提高，將超出金屬 高溫合金的極限，高溫合金的極限， 需要發(fā)展其他類型需要發(fā)展其他類型 的高溫材料。的高溫材料。 圖圖1 高溫合金的發(fā)展過程高溫合金的發(fā)展過程 2 2.2.高溫合金的特性和分類高溫合金的特性和分類 耐高溫金屬材料耐高溫金屬材料 耐熱鋼耐熱鋼 低合金耐

2、熱鋼低合金耐熱鋼 鐵素體系耐熱鋼鐵素體系耐熱鋼 奧氏體系耐熱鋼奧氏體系耐熱鋼 500 700 高溫合金高溫合金 鐵基（鐵鎳基）高溫合金鐵基（鐵鎳基）高溫合金 鈷基高溫合金鈷基高溫合金 鎳基高溫合金鎳基高溫合金 彌散強化合金彌散強化合金 狹義高狹義高 溫合金溫合金 700 1200 定向凝固高溫合金定向凝固高溫合金 鉬基、鉻基、鎢基高溫合金鉬基、鉻基、鎢基高溫合金 表表1 耐熱合金和高溫合金的分類耐熱合金和高溫合金的分類 在高溫下合金能具有在高溫下合金能具有較高的強度較高的強度，良好的疲勞性能良好的疲勞性能、斷裂韌斷裂韌 度度，以及，以及強的抗氧化強的抗氧化和和抗熱腐蝕抗熱腐蝕性能，并保持性能，

3、并保持良好的組織穩(wěn)定性良好的組織穩(wěn)定性 和和可靠的使用性能可靠的使用性能等綜合性能。等綜合性能。 3 (1) 鐵基（鐵鎳基）高溫合金鐵基（鐵鎳基）高溫合金 鐵基高溫合金由奧氏體不銹鋼發(fā)展而來，在鐵基高溫合金由奧氏體不銹鋼發(fā)展而來，在18-8型不銹鋼中加入鉬、型不銹鋼中加入鉬、 鈮、鈦等合金元素，使其在鈮、鈦等合金元素，使其在500700溫度下的持久強度提高。溫度下的持久強度提高。 優(yōu)點：優(yōu)點：成本低，可用于制作一些使用溫度較低的航空發(fā)動機和工業(yè)燃成本低，可用于制作一些使用溫度較低的航空發(fā)動機和工業(yè)燃 氣機上的渦輪盤、導向葉片，以及一些承力件、緊固件等。氣機上的渦輪盤、導向葉片，以及一些承力件、

4、緊固件等。 缺點：缺點：鐵基高溫合金由于沉淀硬化型的組織不穩(wěn)定，抗氧化性差，高鐵基高溫合金由于沉淀硬化型的組織不穩(wěn)定，抗氧化性差，高 溫強度不夠，僅可使用于溫強度不夠，僅可使用于800， (2) 鎳基高溫合金鎳基高溫合金 以鎳為基體，以鎳為基體，w Ni 50%，可在，可在7001000溫度范圍內使用。溫度范圍內使用。 優(yōu)點：優(yōu)點：鎳基高溫合金可溶解較多的元素，具有較好的組織穩(wěn)定性，高鎳基高溫合金可溶解較多的元素，具有較好的組織穩(wěn)定性，高 溫強度較高，比鐵基高溫合金有更好的抗氧化性和抗腐蝕性。溫強度較高，比鐵基高溫合金有更好的抗氧化性和抗腐蝕性。 4 (3) 鈷基高溫合金鈷基高溫合金 w Co

5、在在4060的奧氏體高溫合金，工作溫度可達的奧氏體高溫合金，工作溫度可達7301100。 優(yōu)點：優(yōu)點：當溫度高于當溫度高于980時，其強度很高，抗熱疲勞、熱腐蝕和耐磨腐時，其強度很高，抗熱疲勞、熱腐蝕和耐磨腐 蝕性都很佳，適合于航空發(fā)動機，工業(yè)燃氣輪機，艦船燃氣輪機的導向蝕性都很佳，適合于航空發(fā)動機，工業(yè)燃氣輪機，艦船燃氣輪機的導向 葉片和噴嘴導向葉片以及柴油機的噴嘴等。葉片和噴嘴導向葉片以及柴油機的噴嘴等。 缺點：缺點：一般鈷基高溫合金含一般鈷基高溫合金含w Ni = 10%22% 和和 w Cr = 20%30%，以，以 及鎢、鉬、鉭、鈮等固溶強化和碳化物形成元素，其含碳量較高，是以及鎢、

6、鉬、鉭、鈮等固溶強化和碳化物形成元素，其含碳量較高，是以 碳化物為主要強化相的高溫合金，缺少共格類的強化相，中溫強度不如碳化物為主要強化相的高溫合金，缺少共格類的強化相，中溫強度不如 鎳基高溫合金。鎳基高溫合金。 鈷是重要的戰(zhàn)略物質，大多數(shù)國家缺乏，因此發(fā)展受到嚴重限制。鈷是重要的戰(zhàn)略物質，大多數(shù)國家缺乏，因此發(fā)展受到嚴重限制。 5 3.3.高溫合金的高溫性能要求高溫合金的高溫性能要求 高溫合金工作在高溫合金工作在6001200，高溫性能要求：，高溫性能要求： 高溫下的力學性能；高溫下的力學性能； 高溫下的抗腐蝕性能。高溫下的抗腐蝕性能。 (1) 高溫下的力學性能高溫下的力學性能 持久強度持久

7、強度 指合金在一定溫度、一定時間下的斷裂強度。要求獲指合金在一定溫度、一定時間下的斷裂強度。要求獲 得此條件下的最大強度，以得此條件下的最大強度，以 表示。其中表示。其中A，B為材料常數(shù)，為材料常數(shù)， 為時為時 間間(h)， 是應力是應力(MPa)。持久強度與溫度梯度和波動，材料的缺口和應力集持久強度與溫度梯度和波動，材料的缺口和應力集 中等因素有關。中等因素有關。 熱疲勞熱疲勞 隨熱循環(huán)應力增加，循環(huán)溫度或平均溫度的增加而下降；隨熱循環(huán)應力增加，循環(huán)溫度或平均溫度的增加而下降； 循環(huán)頻率增加，熱疲勞強度增加。循環(huán)頻率增加，熱疲勞強度增加。應力集中也會降低金屬熱疲勞強度。應力集中也會降低金屬熱

8、疲勞強度。 松弛松弛 零部件在長期應力作用下，其總變形不變，零部件所受的零部件在長期應力作用下，其總變形不變，零部件所受的 應力隨時間的增加而自發(fā)地逐漸降低的現(xiàn)象。應力隨時間的增加而自發(fā)地逐漸降低的現(xiàn)象。此為為高溫下合金內部組織此為為高溫下合金內部組織 不穩(wěn)定引起。不穩(wěn)定引起。 B A 6 蠕變蠕變 指溫度高于指溫度高于0.5T熔點 熔點下，材料承受遠低于屈服強度的應力時，隨 下，材料承受遠低于屈服強度的應力時，隨 著時間的持續(xù)增加而產生的緩慢塑性變形的現(xiàn)象。典型的蠕變曲線見圖著時間的持續(xù)增加而產生的緩慢塑性變形的現(xiàn)象。典型的蠕變曲線見圖2 所示，根據變形速率隨時間的變化，蠕變所示，根據變形速

9、率隨時間的變化，蠕變 曲線可分為三個階段。曲線可分為三個階段。 第一階段第一階段，即蠕變的減速階段。隨，即蠕變的減速階段。隨 時間的增加，形變量增加，變形速率降時間的增加，形變量增加，變形速率降 低，見右圖的低，見右圖的AB段。段。 第二階段第二階段，即恒定蠕變階段。此時，即恒定蠕變階段。此時 蠕變變形速率隨加載時間的延長而保持蠕變變形速率隨加載時間的延長而保持 不變，如不變，如BC段。段。 第三階段第三階段，蠕變的加速階段。蠕變，蠕變的加速階段。蠕變 形變速率顯著增加，當達圖中形變速率顯著增加，當達圖中D點時，材點時，材 料斷裂，溫度越高，承受力越大，蠕變料斷裂，溫度越高，承受力越大，蠕變

10、斷裂時間越短。斷裂時間越短。 圖圖2 典型的蠕變曲線典型的蠕變曲線 7 (2) 抗腐蝕性抗腐蝕性 提高抗氧化、硫化、氮化、碳化、熱腐蝕性，可采用在合金中加提高抗氧化、硫化、氮化、碳化、熱腐蝕性，可采用在合金中加 入其它元素，或在合金表面涂層的方法，如在合金的表面滲鋁、滲硅或入其它元素，或在合金表面涂層的方法，如在合金的表面滲鋁、滲硅或 鉻鋁、鉻硅共滲，陶瓷涂層等。鉻鋁、鉻硅共滲，陶瓷涂層等。 提高位錯在滑移面上運動的阻力，減緩位錯擴散型運動提高位錯在滑移面上運動的阻力，減緩位錯擴散型運動 過程，改善晶界結構狀態(tài)，以增加晶界強化作用，或消除晶過程，改善晶界結構狀態(tài)，以增加晶界強化作用，或消除晶

11、界在高溫時的薄弱環(huán)節(jié)，以提高高溫合金高溫力學性能。界在高溫時的薄弱環(huán)節(jié)，以提高高溫合金高溫力學性能。 8 4.4.提高高溫合金性能的途徑和方法提高高溫合金性能的途徑和方法 (1) 結構強化結構強化 1) 固溶強化固溶強化 加入其它元素，如不同原子尺寸的元素鈷、鎢、鉬加入其它元素，如不同原子尺寸的元素鈷、鎢、鉬 等，引起基體金屬的點陣畸變。鎢、鉬可緩減基體金屬擴散；鈷降低合等，引起基體金屬的點陣畸變。鎢、鉬可緩減基體金屬擴散；鈷降低合 金基體的堆垛層錯能，從而提高合金的高溫穩(wěn)定性。金基體的堆垛層錯能，從而提高合金的高溫穩(wěn)定性。 固溶強化與下列因素有關：固溶強化與下列因素有關： 溶質和溶劑原子大小

12、差。溶質和溶劑原子大小差。溶質原子產生點陣畸變的長程內應力場，阻溶質原子產生點陣畸變的長程內應力場，阻 礙位錯運動。礙位錯運動。 溶質和溶劑原子彈性模量的差別。溶質和溶劑原子彈性模量的差別。 改變溶質原子處位錯的彈性應力場。改變溶質原子處位錯的彈性應力場。 靜電交互作用。靜電交互作用。晶體中刃位錯產生的彈性畸變會引起費密能變化，導晶體中刃位錯產生的彈性畸變會引起費密能變化，導 致金屬導電電子從受壓縮區(qū)域流向受拉伸區(qū)域，產生電偶極子。溶質致金屬導電電子從受壓縮區(qū)域流向受拉伸區(qū)域，產生電偶極子。溶質 原子的導電電子參與分布，使之成為一個帶正電荷的離子，從而在它原子的導電電子參與分布，使之成為一個帶

13、正電荷的離子，從而在它 與位錯之間出現(xiàn)短程的靜電交互作用，使位錯運動阻力增加。但這種與位錯之間出現(xiàn)短程的靜電交互作用，使位錯運動阻力增加。但這種 作用比彈性交互作用要小很多。作用比彈性交互作用要小很多。 9 動化學交互作用。動化學交互作用。溶質原子在面心立方金屬中層錯處的平衡濃度不同，溶質原子在面心立方金屬中層錯處的平衡濃度不同， 這種不均勻分布，即所謂鈴木氣團（這種不均勻分布，即所謂鈴木氣團（Suzuki氣團）。它的強化作用比氣團）。它的強化作用比 體心立方金屬中的體心立方金屬中的Contrell氣團和氣團和Snock氣團產生的彈性交互作用要氣團產生的彈性交互作用要 小一個數(shù)量級，但其穩(wěn)定性

14、較高，將位錯從鈴木氣團脫釘出所需的激小一個數(shù)量級，但其穩(wěn)定性較高，將位錯從鈴木氣團脫釘出所需的激 活能高達活能高達1eV。因此對于位錯運動阻力，它的作用較大。因此對于位錯運動阻力，它的作用較大。 動短程有序原子。動短程有序原子。當溶質原子數(shù)量較多，并且異類原子之間的作用能當溶質原子數(shù)量較多，并且異類原子之間的作用能 不同于同類原子時，固溶體可能出現(xiàn)一定程度的短程有序。位錯運動不同于同類原子時，固溶體可能出現(xiàn)一定程度的短程有序。位錯運動 通過有序區(qū)時，由雨全部或部分破壞原子有序關系而增加了位錯運動通過有序區(qū)時，由雨全部或部分破壞原子有序關系而增加了位錯運動 阻力。阻力。 層錯能降低的強化。層錯能

15、降低的強化。層錯能是影響蠕變變形的重要因素。對純金屬而層錯能是影響蠕變變形的重要因素。對純金屬而 言，蠕變第二階段變形速率與層錯能的言，蠕變第二階段變形速率與層錯能的3. 5 次方成比例，低層錯能合次方成比例，低層錯能合 金的高溫強度較高。對于高溫合金，降低合金層錯能的固溶元素，有金的高溫強度較高。對于高溫合金，降低合金層錯能的固溶元素，有 利于降低蠕變變形。可以粗略地把合金元素對層錯能影響歸納為線性利于降低蠕變變形?？梢源致缘匕押辖鹪貙渝e能影響歸納為線性 關系。合金元素對鎳的層錯能的影響依減：關系。合金元素對鎳的層錯能的影響依減：WTiCrCoCuFe。 10 高溫合金中、合金元素的固溶

16、強化作用，首先是與溶質和溶劑原子高溫合金中、合金元素的固溶強化作用，首先是與溶質和溶劑原子 尺寸因素差別相關聯(lián)；此外，兩種原子的電子因素差別和化學因素差別尺寸因素差別相關聯(lián)；此外，兩種原子的電子因素差別和化學因素差別 都有很大影響，而這些因素也是決定合金元素在基體中的溶解度的因素。都有很大影響，而這些因素也是決定合金元素在基體中的溶解度的因素。 固溶度小的合金元素較之度大的合金元素，會產生更強烈的固溶強化作固溶度小的合金元素較之度大的合金元素，會產生更強烈的固溶強化作 用，但其溶解度小又限制其加入量；固溶度大的元素可以增加其加入量用，但其溶解度小又限制其加入量；固溶度大的元素可以增加其加入量

17、而獲得更大的強化效果。而獲得更大的強化效果。 2) 沉淀強化沉淀強化 通過高溫固溶后淬火時效的方法，使過飽和的固溶體中通過高溫固溶后淬火時效的方法，使過飽和的固溶體中 析出共格第二相的析出共格第二相的, , 碳化物等細小顆粒均勻分布基體上，產生阻碳化物等細小顆粒均勻分布基體上，產生阻 礙位錯運動，起到強化作用。礙位錯運動，起到強化作用。 沉淀強化與下列因素有關：沉淀強化與下列因素有關： 錯配度。錯配度。錯配度錯配度 共格應力強化是共格應力強化是相強化的一個重要因素，錯相強化的一個重要因素，錯 配度越大，強化越高。圖配度越大，強化越高。圖3示出示出Ni-AI-Me合金高溫最大硬度與錯配度關合金高

18、溫最大硬度與錯配度關 系，在系，在相強化的相強化的Ni-AI二元合金中加入鈮二元合金中加入鈮 、鉭、釩、硅、錳、鎵、鉭、釩、硅、錳、鎵 11 及碳等元素，高溫硬度隨晶格錯配度線性增加，其及碳等元素，高溫硬度隨晶格錯配度線性增加，其 760 高溫抗拉強高溫抗拉強 度也有相同變化趨勢。度也有相同變化趨勢。 圖圖3 Ni-Al-Me合金高溫最大硬度與錯配度合金高溫最大硬度與錯配度(871/50h時效時效)關系關系 12 沉淀相尺寸。沉淀相尺寸。 相大小是一個非常重要的參數(shù)，其存在一個臨界質點尺相大小是一個非常重要的參數(shù)，其存在一個臨界質點尺 寸，臨界尺寸處可獲得最大的強化效果。臨界質點尺寸與寸，臨界

19、尺寸處可獲得最大的強化效果。臨界質點尺寸與相含量有關，相含量有關， 相含量越多，臨界尺寸越大。相含量越多，臨界尺寸越大。 圖圖4 Ni-Cr-Al-Ti合金中合金中相尺寸對高溫性能的影響相尺寸對高溫性能的影響 13 圖圖5相含量對鎳基合金性能的影響相含量對鎳基合金性能的影響 沉淀相含量。沉淀相含量。 相的量是獲得強化效果的基本條件。對鎳基合金，可以相的量是獲得強化效果的基本條件。對鎳基合金，可以 通過加入鋁、鈦、鈮等通過加入鋁、鈦、鈮等相形成元素而大量增加相形成元素而大量增加相含量，也可以用鈷、相含量，也可以用鈷、 鐵、鉻等元素降低鐵、鉻等元素降低相的溶解度來增加相的溶解度來增加相含量。相含量

20、。 14 3) 晶界強化晶界強化 晶界在低溫下是位錯滑移的阻礙，對于在低溫工作的晶界在低溫下是位錯滑移的阻礙，對于在低溫工作的 合金，細化晶粒將有利于合金的強度提高。但是晶界在高溫下易發(fā)生蠕合金，細化晶粒將有利于合金的強度提高。但是晶界在高溫下易發(fā)生蠕 動，因此在高溫下使用的合金希望減少晶界的粗晶結構；另外為了提高晶動，因此在高溫下使用的合金希望減少晶界的粗晶結構；另外為了提高晶 界的高溫強度，采用控制有害雜質，加入微量元素如鋯等元素，強化晶界。界的高溫強度，采用控制有害雜質，加入微量元素如鋯等元素，強化晶界。 晶界強化與下列因素有關：晶界強化與下列因素有關： 彎曲晶界。彎曲晶界。用特殊的方法

21、用特殊的方法 得到彎曲的晶界，可降低得到彎曲的晶界，可降低 晶界滑移的速率。圖晶界滑移的速率。圖6示出示出 GH220高溫合金的蠕變性高溫合金的蠕變性 能。在能。在850、343MPa條條 件下，從圖件下，從圖6看出，彎曲晶看出，彎曲晶 界有效地提高了合金的蠕界有效地提高了合金的蠕 變性能。變性能。 圖圖6 GH220高溫合金的蠕變性能高溫合金的蠕變性能 15 強化晶界元素。強化晶界元素。這些微量元這些微量元 素有硼，鋇鋯，鎂，鉿等，素有硼，鋇鋯，鎂，鉿等， 偏析于晶界，改善晶界第二偏析于晶界，改善晶界第二 相相(碳化物等碳化物等)的分布形態(tài)和的分布形態(tài)和 分布，以及晶界附近區(qū)域的分布，以及晶

22、界附近區(qū)域的 組織組織(如貧如貧區(qū)區(qū))，從而改善晶，從而改善晶 界強度和塑性。圖界強度和塑性。圖7示出示出 GH220合金中鎂對晶界碳化合金中鎂對晶界碳化 物物M6C相分布的改善。相分布的改善。 控制有害雜質?？刂朴泻﹄s質。這些雜質元素往往是低熔點的，偏析在晶界，并與基體這些雜質元素往往是低熔點的，偏析在晶界，并與基體 生成低熔點的化合物或共晶體。如氮氣、氧氣、氫氣含量，對高級的鎳生成低熔點的化合物或共晶體。如氮氣、氧氣、氫氣含量，對高級的鎳 基高溫合金，氧和氮的質量分數(shù)必須小于基高溫合金，氧和氮的質量分數(shù)必須小于1010-6，一般的高溫合金氮，一般的高溫合金氮 的質量分數(shù)約的質量分數(shù)約401

23、0-65010-6。對合金含硫和磷的質量分數(shù)控制在小。對合金含硫和磷的質量分數(shù)控制在小 于于510-6，可明顯提高高溫熱強性。稀土和堿土元素對氣體，硫，磷等，可明顯提高高溫熱強性。稀土和堿土元素對氣體，硫，磷等 有害雜質有較大的親和力，形成難熔化合物，起凈化作用。有害雜質有較大的親和力，形成難熔化合物，起凈化作用。 圖圖7 GH220合金中鎂對晶界碳化物合金中鎂對晶界碳化物M6C相分布的改善相分布的改善 a)無無 Mg b) w Mg =0.0048% 16 碳化物和氧化物強化。碳化物和氧化物強化。碳化物硬而脆，與基體呈非共格阻撓位錯切割。碳化物硬而脆，與基體呈非共格阻撓位錯切割。 一些碳化物

24、在高溫下易溶解，低溫可析出，高溫具有一定的穩(wěn)定性，不一些碳化物在高溫下易溶解，低溫可析出，高溫具有一定的穩(wěn)定性，不 易長大。此類碳化物有易長大。此類碳化物有VC，M23C6，NbC等，增加碳化物的含量和它的等，增加碳化物的含量和它的 彌散度有利于提高強化效果，但過高的飽和度形成大塊的碳化物析出，彌散度有利于提高強化效果，但過高的飽和度形成大塊的碳化物析出， 會引起脆性。通過粉末冶金方法，在合金中加入高溫下保持穩(wěn)定的細小會引起脆性。通過粉末冶金方法，在合金中加入高溫下保持穩(wěn)定的細小 氧化物顆粒，如氧化物顆粒，如ThO2，Y2O3，Al2O3等，呈彌散分布，起到釘扎位錯和等，呈彌散分布，起到釘扎位

25、錯和 阻礙位錯運動的作用。阻礙位錯運動的作用。 (2) 工藝強化工藝強化 1) 粉末冶金粉末冶金 高熔點元素鎢、鉬、鉭的加入，凝固時會在鑄件內部高熔點元素鎢、鉬、鉭的加入，凝固時會在鑄件內部 產生偏析，造成組織不均。采用粒度數(shù)十至數(shù)百微米的合金粉末，經過壓產生偏析，造成組織不均。采用粒度數(shù)十至數(shù)百微米的合金粉末，經過壓 制、燒結，成形的零件，可消除偏析，組織均勻，并節(jié)省材料，做到既經制、燒結，成形的零件，可消除偏析，組織均勻，并節(jié)省材料，做到既經 濟又合理。濟又合理。 17 2) 定向凝固定向凝固 由于高溫合金中存在多種合金元素，塑性和韌性都很由于高溫合金中存在多種合金元素，塑性和韌性都很 差

26、，通常采用精密鑄造工藝成型。鑄造結構中的等軸晶粒的晶界，處于垂差，通常采用精密鑄造工藝成型。鑄造結構中的等軸晶粒的晶界，處于垂 直于受力方向時，最易產生裂紋。葉片旋轉時受的拉應力和熱應力，平行直于受力方向時，最易產生裂紋。葉片旋轉時受的拉應力和熱應力，平行 于葉片的縱軸，采用定向凝固工藝形成沿縱軸方向的柱狀晶粒，消除垂直于葉片的縱軸，采用定向凝固工藝形成沿縱軸方向的柱狀晶粒，消除垂直 于應力方向的晶界，可使熱疲勞壽命提高于應力方向的晶界，可使熱疲勞壽命提高10倍以上。通過嚴格控制陶瓷殼倍以上。通過嚴格控制陶瓷殼 型冷卻梯度方法，做成單晶渦輪葉片，其承溫能力比一般鑄造方法的材料型冷卻梯度方法，做

27、成單晶渦輪葉片，其承溫能力比一般鑄造方法的材料 承溫提承溫提50100，壽命增加，壽命增加4倍。倍。 3) 快速凝固快速凝固 快速凝固得到的高溫合金，合金的組織細化，偏析降快速凝固得到的高溫合金，合金的組織細化，偏析降 低，固溶體基本過飽和度和缺陷增加，從而改善合金的組織，使前述各種低，固溶體基本過飽和度和缺陷增加，從而改善合金的組織，使前述各種 強化手段的作用得到充分發(fā)揮。原來在一般凝固條件下不能獲得良好的組強化手段的作用得到充分發(fā)揮。原來在一般凝固條件下不能獲得良好的組 織，在快速凝固條件下則可獲得優(yōu)良的、非平衡狀態(tài)組織。例如在快速凝織，在快速凝固條件下則可獲得優(yōu)良的、非平衡狀態(tài)組織。例如

28、在快速凝 固條件下，鎳基高溫合的主要強化相可以不僅是傳統(tǒng)的固條件下，鎳基高溫合的主要強化相可以不僅是傳統(tǒng)的相，還可以得到相，還可以得到 大批的、均勻細小的碳化及硼化物相、大批的、均勻細小的碳化及硼化物相、-Mo相等。在快速凝固條件下，相等。在快速凝固條件下， 由于這些相均勻細小的時效析出或共晶析出而起強化作用。由于這些相均勻細小的時效析出或共晶析出而起強化作用。 18 5.5.高溫合金的應用高溫合金的應用 (1) 航空發(fā)動機航空發(fā)動機 1) 燃燒室燃燒室 部分壓縮空氣與燃料混合，在燃燒室燃燒，所產生的燃部分壓縮空氣與燃料混合，在燃燒室燃燒，所產生的燃 氣溫度在氣溫度在15002000之間。其余

29、的壓縮空氣在燃燒室周圍流動，穿過之間。其余的壓縮空氣在燃燒室周圍流動，穿過 室壁的槽孔使室壁保持冷卻。燃燒筒合金材料承受溫度可達室壁的槽孔使室壁保持冷卻。燃燒筒合金材料承受溫度可達800900 以上，局部可達以上，局部可達1100。冷卻空氣與燃燒的氣體混合，使燃氣溫度降到。冷卻空氣與燃燒的氣體混合，使燃氣溫度降到 1370以下?？梢姡紵冶诔芨邷赝?，還承受由于內外壁溫度不同以下?？梢?，燃燒室壁除受高溫外，還承受由于內外壁溫度不同 引起的熱應力作用。特別是在起飛、加速和停車時，溫度變化更為急劇。引起的熱應力作用。特別是在起飛、加速和停車時，溫度變化更為急劇。 由于周期循環(huán)加熱冷卻，熱應力可達

30、很大值，冷卻孔更易破壞、燃燒室由于周期循環(huán)加熱冷卻，熱應力可達很大值，冷卻孔更易破壞、燃燒室 常出現(xiàn)變形、翹曲、邊緣熱疲勞裂紋等。常出現(xiàn)變形、翹曲、邊緣熱疲勞裂紋等。 2) 導向葉片導向葉片 導向葉片是調整從燃燒室出來的燃氣流動方向的部件。導向葉片是調整從燃燒室出來的燃氣流動方向的部件。 先進渦輪發(fā)動機導向葉片工作溫度可高達先進渦輪發(fā)動機導向葉片工作溫度可高達1100，但葉片承受的應力比，但葉片承受的應力比 較低，一般在較低，一般在70MPa以下。對材料要求是：高溫強度好，熱疲勞抗力佳，以下。對材料要求是：高溫強度好，熱疲勞抗力佳， 抗氧化、耐蝕性優(yōu)異，并具有一定的抗沖擊強度和組織穩(wěn)定性。抗氧

31、化、耐蝕性優(yōu)異，并具有一定的抗沖擊強度和組織穩(wěn)定性。 19 3) 動葉片動葉片 動葉片是渦較發(fā)動機中工作條件最惡劣的部件。先進航動葉片是渦較發(fā)動機中工作條件最惡劣的部件。先進航 空發(fā)動機的燃氣進口溫度已達空發(fā)動機的燃氣進口溫度已達1380，推力達，推力達226kN 。渦輪葉片承受氣。渦輪葉片承受氣 動力和離心力的作用，葉身部分承受拉應力大約動力和離心力的作用，葉身部分承受拉應力大約140MPa；葉根部分承受；葉根部分承受 平均應力為平均應力為280560MPa，相應的葉身承受溫度為，相應的葉身承受溫度為650980，葉根部，葉根部 分約為分約為760。因此，動葉片材料要具有足夠的高溫拉伸強度、

32、持久強度。因此，動葉片材料要具有足夠的高溫拉伸強度、持久強度 和蠕變強度，要有良好的疲勞強度及抗氧化、耐燃氣腐蝕性能和適當?shù)暮腿渥儚姸?，要有良好的疲勞強度及抗氧化、耐燃氣腐蝕性能和適當?shù)?塑性。此外，還要求長期組織穩(wěn)定性、良好的抗沖擊強度，可鑄性及較塑性。此外，還要求長期組織穩(wěn)定性、良好的抗沖擊強度，可鑄性及較 低的密度。低的密度。 4) 渦輪盤渦輪盤 航空發(fā)動機渦輪盤工作溫度在航空發(fā)動機渦輪盤工作溫度在760左右，輪緣部分可左右，輪緣部分可 達此溫度，而徑向盤心溫度逐漸降低，一般在達此溫度，而徑向盤心溫度逐漸降低，一般在300左右。輪盤正常運轉左右。輪盤正常運轉 時，盤子帶著葉片、高速旋轉產

33、生很大的離心力。停車、起動反復進行，時，盤子帶著葉片、高速旋轉產生很大的離心力。停車、起動反復進行， 形成周期疲勞。形成周期疲勞。 20 (2) 火箭發(fā)動機火箭發(fā)動機 圖圖8是液體燃料火箭發(fā)動機示意圖。透平泵機組的氣體發(fā)生器處于約是液體燃料火箭發(fā)動機示意圖。透平泵機組的氣體發(fā)生器處于約 1050的溫度下，由噴嘴中噴出的氣體的速度約為的溫度下，由噴嘴中噴出的氣體的速度約為2500m/s。氣體靠近。氣體靠近 嘴壁處的溫度約為嘴壁處的溫度約為1350。對沒有特殊防護的一般金屬只能做短時忍耐。對沒有特殊防護的一般金屬只能做短時忍耐。 圖圖8 液體燃料火箭發(fā)動機示意圖液體燃料火箭發(fā)動機示意圖 1-噴嘴噴

34、嘴 2-燃燒室燃燒室 3-混合帶混合帶 4- 噴射器噴射器 5-主氣門主氣門 6-氣體發(fā)生氣體發(fā)生 器器 7-渦輪機渦輪機 8-透平泵透平泵 9-氧化氧化 劑劑 10-壓縮氣壓縮氣 11-燃料燃料 12-涂料涂料 13，14-金屬金屬 15-冷卻劑冷卻劑 16-氣氣 體體(約約2500m/s) 21 燃料箱、泵傳送器所用材料，特別需要化學穩(wěn)定性。液態(tài)氟以及作為燃料箱、泵傳送器所用材料，特別需要化學穩(wěn)定性。液態(tài)氟以及作為 氧化劑的發(fā)煙硝酸和四氧化氮，具有特別強烈的侵蝕性，除了在氧化劑的發(fā)煙硝酸和四氧化氮，具有特別強烈的侵蝕性，除了在1000以以 上的工作溫度下出于腐蝕而引起的問題之外，流過的氣態(tài)

35、燃燒產物也產生上的工作溫度下出于腐蝕而引起的問題之外，流過的氣態(tài)燃燒產物也產生 沖蝕性。沖蝕性。 火箭啟動時，在火箭啟動時，在12s內，其加速度是內，其加速度是5-6倍于地球的引力加速度，由倍于地球的引力加速度，由 于加速度增高引起的高度過載，會對材料施加非常巨大的機械負荷，盡管于加速度增高引起的高度過載，會對材料施加非常巨大的機械負荷，盡管 元件所受應力是短時的，但由于其載荷的大小和方向急劇地發(fā)生變化，往元件所受應力是短時的，但由于其載荷的大小和方向急劇地發(fā)生變化，往 往會引起疲勞斷裂。火箭本身重量必須盡可能的小，因此，金屬材料的比往會引起疲勞斷裂?；鸺旧碇亓勘仨毐M可能的小，因此，金屬材料

36、的比 強度在火箭制造中具有特別重要的意義。強度在火箭制造中具有特別重要的意義。 彈道火箭進入大氣層時，熱流量為彈道火箭進入大氣層時，熱流量為1000025000kcal/(m2s)，它在短，它在短 時間內，引起巨大的溫度梯度，長時間作用則會建立起平衡溫度。對金屬時間內，引起巨大的溫度梯度，長時間作用則會建立起平衡溫度。對金屬 材料的耐熱性有特殊的要求。材料的耐熱性有特殊的要求。 22 國外長程大推力火箭發(fā)動機采用國外長程大推力火箭發(fā)動機采用Inconel718合金制造高壓導管，國合金制造高壓導管，國 內研制的內研制的GH169合金管的疲勞壽命約為合金管的疲勞壽命約為1Cr18Ni9Ti鋼管的鋼

37、管的3倍以上，具倍以上，具 有良好彎管和焊接等工藝性能，還可用于發(fā)動機渦輪轉子和主鈾。有良好彎管和焊接等工藝性能，還可用于發(fā)動機渦輪轉子和主鈾。 GH30金絲網多孔發(fā)散冷卻材料用于火箭發(fā)動機、制作噴注器面板，金絲網多孔發(fā)散冷卻材料用于火箭發(fā)動機、制作噴注器面板， 既作防熱材料又作結構材料使用。噴注器面板上固定有許多氫氣、氧氣既作防熱材料又作結構材料使用。噴注器面板上固定有許多氫氣、氧氣 噴嘴，氫氣和氧氣噴進燃燒室進行燃燒，面板兩側的溫度差異極大，一噴嘴，氫氣和氧氣噴進燃燒室進行燃燒，面板兩側的溫度差異極大，一 面為超低溫面為超低溫-150，另一面為超高溫，另一面為超高溫3500。能承受發(fā)動機點

38、火的瞬間。能承受發(fā)動機點火的瞬間 產生強烈的振動使面板受到的較大沖擊載荷，并成功地用于通信衛(wèi)星上。產生強烈的振動使面板受到的較大沖擊載荷，并成功地用于通信衛(wèi)星上。 GH131鐵基高溫合金旋壓管用于大型液體火箭發(fā)動機渦輪燃氣進氣鐵基高溫合金旋壓管用于大型液體火箭發(fā)動機渦輪燃氣進氣 導管，還用于導管，還用于9001000使用的大型火箭發(fā)動機燃燒室、隔熱板、渦輪使用的大型火箭發(fā)動機燃燒室、隔熱板、渦輪 進氣導管，以及航空發(fā)動機的加力燃燒室、魚鱗片等。進氣導管，以及航空發(fā)動機的加力燃燒室、魚鱗片等。 GH188A合金與國際上最高強化型合金與國際上最高強化型-鈷基變形合金鈷基變形合金HS-188相當，用

39、于相當，用于 液體火箭姿態(tài)控制器發(fā)動機頭部與身部結合處的高溫彈性密封件。液體火箭姿態(tài)控制器發(fā)動機頭部與身部結合處的高溫彈性密封件。 23 (3) 燃氣輪機燃氣輪機 航空發(fā)動機的燃氣輪機材料要求在較高溫度下，具有較高的持久強度航空發(fā)動機的燃氣輪機材料要求在較高溫度下，具有較高的持久強度 和塑性變形等特點，而使用期限較短；固定式燃氣輪機材料要求在較低溫和塑性變形等特點，而使用期限較短；固定式燃氣輪機材料要求在較低溫 度下使用期限很長。固定式燃氣輪機裝置的使用時間取決于它的用途和功度下使用期限很長。固定式燃氣輪機裝置的使用時間取決于它的用途和功 率大小。大功率發(fā)電用的固定式裝置由于制造費用大，使用時

40、間至少考慮率大小。大功率發(fā)電用的固定式裝置由于制造費用大，使用時間至少考慮 為為100000h；商船和熱力機車上的燃氣輪機裝置使用時間考慮在；商船和熱力機車上的燃氣輪機裝置使用時間考慮在100000h 之內；軍用艦艇上的燃氣輪機裝置使用時間考慮之內；軍用艦艇上的燃氣輪機裝置使用時間考慮1000050000h。 燃氣輪機的燃燒室、導向葉片、工作葉片、渦輪盤和轉子的要求與航燃氣輪機的燃燒室、導向葉片、工作葉片、渦輪盤和轉子的要求與航 空發(fā)動機相似。渦輪盤和氣缸法蘭盤的緊固螺栓，其工作溫度與渦輪盤及空發(fā)動機相似。渦輪盤和氣缸法蘭盤的緊固螺栓，其工作溫度與渦輪盤及 氣缸相同。燃氣輪機中的螺栓，有時必須

41、在高達氣缸相同。燃氣輪機中的螺栓，有時必須在高達600750的溫度下工作。的溫度下工作。 對緊固螺栓材料的主要要求是高溫時應具有高的屈服強度和抗松弛性能。對緊固螺栓材料的主要要求是高溫時應具有高的屈服強度和抗松弛性能。 為了使連接的零件可以自由膨脹和減少溫差應力，螺栓和連接零件的材料為了使連接的零件可以自由膨脹和減少溫差應力，螺栓和連接零件的材料 應具有相同的熱膨脹性能。應具有相同的熱膨脹性能。 24 537合金是在合金是在800850工作溫度下長期使用的鎳基鑄造耐熱腐蝕合工作溫度下長期使用的鎳基鑄造耐熱腐蝕合 金，可用于地面燃氣輪機和艦用燃氣輪機上渦輪葉片的制作。合金金，可用于地面燃氣輪機和

42、艦用燃氣輪機上渦輪葉片的制作。合金800 的抗拉強度可達的抗拉強度可達800MPa以上；在以上；在815、430MPa下的持久壽命大于下的持久壽命大于 100h；800、220MPa下的持久壽命大于下的持久壽命大于20000h；抗熱腐蝕性能相當于；抗熱腐蝕性能相當于 國外的國外的 IN-738合金，但不含價格昂貴的稀有金屬鉭，成本低。合金，但不含價格昂貴的稀有金屬鉭，成本低。 543合金具有良好的高溫組織穩(wěn)定性。在合金具有良好的高溫組織穩(wěn)定性。在800、經、經 8000h 時效后沒時效后沒 有發(fā)現(xiàn)有害相。有發(fā)現(xiàn)有害相。 543 合金可用作在合金可用作在700750環(huán)境下長期使用的燃氣輪機環(huán)境下

43、長期使用的燃氣輪機 動葉片材料。動葉片材料。 GH333系鎳基高溫耐蝕合金，工作溫度可達系鎳基高溫耐蝕合金，工作溫度可達900，用于制造燃氣輪，用于制造燃氣輪 機火焰筒、過渡段等燃燒部件。機火焰筒、過渡段等燃燒部件。 25 (4) 汽油及柴油發(fā)動機汽油及柴油發(fā)動機 1) 排氣閥排氣閥 工作溫度一般為工作溫度一般為600800，最高可達，最高可達850以上。由于以上。由于 氣閥的高速運動和頻繁的啟動除了可能出現(xiàn)機械疲勞外，在氣閥頭部也氣閥的高速運動和頻繁的啟動除了可能出現(xiàn)機械疲勞外，在氣閥頭部也 可能產生冷熱疲勞。為了避免可能產生冷熱疲勞。為了避免“爆振爆振”，常在汽油中加入乙基鉛、溴化鉛，常在

44、汽油中加入乙基鉛、溴化鉛 等抗爆劑，所以汽車發(fā)動機排氣閥要求抗等抗爆劑，所以汽車發(fā)動機排氣閥要求抗PbO腐蝕。重油中，含釩、硫、腐蝕。重油中，含釩、硫、 鈉等，故柴油機排氣閥要求抗鈉等，故柴油機排氣閥要求抗V2O3,，鈉和硫的腐蝕。，鈉和硫的腐蝕。 2) 燒嘴燒嘴 船舶、油田鉆機、機車、挖掘機等柴油機預燃燒室燒嘴，船舶、油田鉆機、機車、挖掘機等柴油機預燃燒室燒嘴， 在在800900長時間使用，要求組織性能穩(wěn)定，抗熱循環(huán)疲勞性能良好，長時間使用，要求組織性能穩(wěn)定，抗熱循環(huán)疲勞性能良好， 膨脹系數(shù)較低。膨脹系數(shù)較低。GH128和和RA333高溫合金用于高溫合金用于12V180Z 型柴油機預燃燒型柴

45、油機預燃燒 室燒嘴，室燒嘴，GH128壽命達到壽命達到4000h，最高達，最高達8408h；RA333最高壽命達最高壽命達 11600h。另有。另有PZ502合金的性能與合金的性能與RA333合金噴嘴相當，且強度高、切削合金噴嘴相當，且強度高、切削 性能好、成本低，在各種發(fā)電機、船舶主機上使用。性能好、成本低，在各種發(fā)電機、船舶主機上使用。 26 3) 熱發(fā)生器熱發(fā)生器 作為排氣凈化裝置，熱發(fā)生器工作溫度達作為排氣凈化裝置，熱發(fā)生器工作溫度達1000。隨。隨 著發(fā)動機的起動著發(fā)動機的起動-停車的間斷加熱條件，促使氧化膜破壞和剝落。與排氣閥停車的間斷加熱條件，促使氧化膜破壞和剝落。與排氣閥 相同

46、，尤其使用高鉛汽油，由于鉛化合物產生加速氧化；另外，因排氣中相同，尤其使用高鉛汽油，由于鉛化合物產生加速氧化；另外，因排氣中 低氧壓的緣故，大氣中微量的低氧壓的緣故，大氣中微量的SO2和硫酸鹽容易引起硫化。和硫酸鹽容易引起硫化。 4) 增壓器增壓器 柴油機發(fā)展中增壓技術，廢氣增壓渦輪，是利用氣缸排柴油機發(fā)展中增壓技術，廢氣增壓渦輪，是利用氣缸排 出的廢氣帶動，以增加進氣壓力，加大進氣量，從而加強燃燒。采用廢氣出的廢氣帶動，以增加進氣壓力，加大進氣量，從而加強燃燒。采用廢氣 渦輪增壓，可成倍地提高柴油機功率，大幅度降低單位功率，具有重大的渦輪增壓，可成倍地提高柴油機功率，大幅度降低單位功率，具有

47、重大的 經濟效益。我國的經濟效益。我國的K13合金，是一種合金，是一種Fe-Ni-Cr基鑄造高溫合金，與國外采基鑄造高溫合金，與國外采 用用Incone1713和和X40合金相比，含鎳少，不含鈷。合金相比，含鎳少，不含鈷。K13合金大量用于制造合金大量用于制造 渦輪和葉片鑄件，是渦輪和葉片鑄件，是750環(huán)境理想的增壓渦輪材料。環(huán)境理想的增壓渦輪材料。K18合金是不含鈷合金是不含鈷 的鎳基鑄造高溫合金。合金密度小，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性和的鎳基鑄造高溫合金。合金密度小，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性和 鑄造工藝性能佳。在較寬的溫度范圍內可用作燃氣渦輪工作葉片、導向葉鑄造工藝性能佳。在較寬

48、的溫度范圍內可用作燃氣渦輪工作葉片、導向葉 片、整鑄渦輪和柴油機增壓器。片、整鑄渦輪和柴油機增壓器。 27 (5) 核工業(yè)核工業(yè) 1) 核包殼核包殼 燃料元件包殼管壁承受燃料元件包殼管壁承受600800高溫，且壁又薄，所高溫，且壁又薄，所 以材料必須具有高的蠕變強度。在液體金屬冷卻反應堆中，使用氧化物燃以材料必須具有高的蠕變強度。在液體金屬冷卻反應堆中，使用氧化物燃 料時，包殼受到的應力約為料時，包殼受到的應力約為120150MPa。材料在上述條件下會出現(xiàn)嚴重。材料在上述條件下會出現(xiàn)嚴重 的塑性變形，從而造成燃料元件的提前斷裂。在燃料元件使用壽命終期，的塑性變形，從而造成燃料元件的提前斷裂。在

49、燃料元件使用壽命終期， 包殼受到的機械應力是最大的，因而對其機械性能要求也高。燃料元件包包殼受到的機械應力是最大的，因而對其機械性能要求也高。燃料元件包 殼材料外部受冷卻劑的侵蝕，內部受燃料的侵蝕，所以作為燃料元件包殼殼材料外部受冷卻劑的侵蝕，內部受燃料的侵蝕，所以作為燃料元件包殼 材料的耐腐蝕率也有高的要求。對鐵基和鎳基合金來說，還有金屬的溶解材料的耐腐蝕率也有高的要求。對鐵基和鎳基合金來說，還有金屬的溶解 腐蝕，鎳含量高時，腐蝕率顯著增高。燃料元件的包殼除受冷卻劑的腐蝕腐蝕，鎳含量高時，腐蝕率顯著增高。燃料元件的包殼除受冷卻劑的腐蝕 以外，與燃料的化學反應、輻照損壞也是可能導致包殼材料的重

50、要問題之以外，與燃料的化學反應、輻照損壞也是可能導致包殼材料的重要問題之 一，對快速中子增殖反應堆燃料包殼材料具有重要影響的還有高溫脆性。一，對快速中子增殖反應堆燃料包殼材料具有重要影響的還有高溫脆性。 鈉冷反應堆燃料包殼材料一般有三大類：不銹鋼、鎳基合金和難熔金鈉冷反應堆燃料包殼材料一般有三大類：不銹鋼、鎳基合金和難熔金 屬及其合金。鎳基合金有屬及其合金。鎳基合金有Hastelloy、Incoloy800、Nimonic80A等。等。 28 2) 燃料元件定位架燃料元件定位架 它處于高溫、高壓、高通量輻照等苛刻條件它處于高溫、高壓、高通量輻照等苛刻條件 下工作，要求材料有較好的綜合性能。下工

51、作，要求材料有較好的綜合性能。GH169A合金冷軋帶材具有良好的合金冷軋帶材具有良好的 冷沖壓性能和釬焊性能，能滿足要求。冷沖壓性能和釬焊性能，能滿足要求。 3) 高溫氣體爐高溫氣體爐 這是將氦氣作為冷卻介質的反應堆，可獲得這是將氦氣作為冷卻介質的反應堆，可獲得 7501000的高溫，作為煉鐵和化學工業(yè)及其他過程的熱源。原子能煉的高溫，作為煉鐵和化學工業(yè)及其他過程的熱源。原子能煉 鐵，就是要利用這種核熱能，造成高溫還原性氣氛。為安全起見，氦鐵，就是要利用這種核熱能，造成高溫還原性氣氛。為安全起見，氦/氦氦 中間需有換熱器，這種換熱器擬采用鎳合金。其目標是能夠制造在中間需有換熱器，這種換熱器擬采

52、用鎳合金。其目標是能夠制造在 1000不純氦中，不純氦中，10萬萬h內蠕變斷裂強度在內蠕變斷裂強度在10MPa以上，外徑以上，外徑425mm ， 厚厚5mm、長度在、長度在7m以上的耐熱鋼管。以上的耐熱鋼管。 (6) 其他領域其他領域 1) 煤的氣化、液化煤的氣化、液化 煤氣化環(huán)境中氧的分壓低，硫的分壓高，結煤氣化環(huán)境中氧的分壓低，硫的分壓高，結 果在金屬表面不易形成有效的保護性氧化膜，而是含有大量有腐蝕性的質果在金屬表面不易形成有效的保護性氧化膜，而是含有大量有腐蝕性的質 29 質點。這些物質與氣化器內的金屬部件接觸，在高溫下與氧化膜反應使之質點。這些物質與氣化器內的金屬部件接觸，在高溫下與

53、氧化膜反應使之 破壞，這些沉積物還阻礙氧化膜的繼續(xù)生成。煤汽化中含有破壞，這些沉積物還阻礙氧化膜的繼續(xù)生成。煤汽化中含有H2S，多數(shù)高，多數(shù)高 溫材料在低溫溫材料在低溫(850)、低硫介質中還能適應，而高溫下硫的腐蝕明顯加、低硫介質中還能適應，而高溫下硫的腐蝕明顯加 重。在煤氣化碳化氣氛中，由于氧化膜保護作用差，使合金表面層的碳含重。在煤氣化碳化氣氛中，由于氧化膜保護作用差，使合金表面層的碳含 量明顯增加，從而造成合金塑性降低。在煤汽化中或類似氣氛中使用的高量明顯增加，從而造成合金塑性降低。在煤汽化中或類似氣氛中使用的高 溫合金有：鐵基合金溫合金有：鐵基合金-N155，RA330，RA333，

54、T63WC，310不銹鋼，不銹鋼， Fe-18Cr-5AI-Mo-Hf，F(xiàn)e-18Cr-5AI-Y，MA956E(Fe-19Cr-5AI-0.45Y2O3)； 鎳基合金鎳基合金-IN617，IN657，IN738，IN739，Kimonic80A；鈷基合金；鈷基合金- Haynes188，Stellte6B，X-40，Co-Cr-W-1。 2) 冶金工業(yè)冶金工業(yè) 冶金工業(yè)生產過程中的熱處理、加熱爐、軋鋼、煉冶金工業(yè)生產過程中的熱處理、加熱爐、軋鋼、煉 鋼、測量等均離不開高溫過程，因此不少冶金設備的接觸高溫的部件需要鋼、測量等均離不開高溫過程，因此不少冶金設備的接觸高溫的部件需要 高溫合金，如傳

55、送帶、馬弗爐和爐子零件、熱處理爐的爐底輥、輻射管、高溫合金，如傳送帶、馬弗爐和爐子零件、熱處理爐的爐底輥、輻射管、 高溫通風機、壓力鑄造的壓鑄模等。高溫通風機、壓力鑄造的壓鑄模等。 30 3) 石油化工石油化工 石油化工管式裂解爐，管內通以裂解原料，管外用液石油化工管式裂解爐，管內通以裂解原料，管外用液 體燃料或氣體燃料燃燒所發(fā)出的熱量來加熱管外壁。通過管壁的傳熱，將體燃料或氣體燃料燃燒所發(fā)出的熱量來加熱管外壁。通過管壁的傳熱，將 熱量傳遞給管內的反應物料。裂解反應溫度較高熱量傳遞給管內的反應物料。裂解反應溫度較高(約約800)，而管外壁的，而管外壁的 溫度更高，這樣才能把熱量傳導到管內去。裂

56、解爐管內是進行強烈吸熱的溫度更高，這樣才能把熱量傳導到管內去。裂解爐管內是進行強烈吸熱的 裂解反應。物料在管中流速大，停留時間短，要在每單位時間、每單位傳裂解反應。物料在管中流速大，停留時間短，要在每單位時間、每單位傳 熱面對反應物流供給大量熱量，因此必須用高熱強度及耐高溫熱面對反應物流供給大量熱量，因此必須用高熱強度及耐高溫1000以以 上的合金。上的合金。 4) 搪瓷制品搪瓷制品 在日用搪瓷制品生產中，燒成爐用的吊架材質好壞，在日用搪瓷制品生產中，燒成爐用的吊架材質好壞， 將直接關系到制品質量。吊架材質必須要求抗氧化、不起皮，將直接關系到制品質量。吊架材質必須要求抗氧化、不起皮，90095

57、0 溫度下不易變形，易加工成形，架間粘瓷不超過溫度下不易變形，易加工成形，架間粘瓷不超過2mm，其中，其中GH30效果較效果較 好。搪瓷燒成爐需要輻射管，燒氣或油的爐均需在輻射管內燃燒，其熱量好。搪瓷燒成爐需要輻射管，燒氣或油的爐均需在輻射管內燃燒，其熱量 通過管壁傳給燒成爐。該輻射管要求耐高溫、抗氧化、耐硫化，并具有一通過管壁傳給燒成爐。該輻射管要求耐高溫、抗氧化、耐硫化，并具有一 定強度和良好工藝性能，目前使用定強度和良好工藝性能，目前使用GH128、GH30 等合金。等合金。 31 6.6.高溫合金的未來高溫合金的未來 (1) 難熔金屬合金難熔金屬合金 目前使用的高溫合金，其使用溫度很難

58、突破合金熔點溫度的目前使用的高溫合金，其使用溫度很難突破合金熔點溫度的80%，近似，近似 1100 。難熔金屬的熔點大大超過高溫合金，約。難熔金屬的熔點大大超過高溫合金，約 2000。由這些金屬組成。由這些金屬組成 的合金，可獲得比高溫合金更高的高溫強度。的合金，可獲得比高溫合金更高的高溫強度。 表表2 一些難熔金屬合金與高溫合金強度一些難熔金屬合金與高溫合金強度 合金名稱合金名稱 抗拉強度抗拉強度/MPa 11001320 1540 1760 高溫合金高溫合金245350- 鈮合金鈮合金350168119- 鉬合金鉬合金630385252182 鉭合金鉭合金560364210105 鎢合金鎢

59、合金700420280210 鉻合金鉻合金315119- 32 從表從表2可知，難熔金屬合金可以在更高的使用溫度下工作。然而難熔可知，難熔金屬合金可以在更高的使用溫度下工作。然而難熔 金屬合金在溫度超過金屬合金在溫度超過900時，就會失去抗氧化性能，這阻礙了它的實際時，就會失去抗氧化性能，這阻礙了它的實際 應用，目前采用保護涂層方法來解決；另外，鑄造困難，多采用鍛件，對應用，目前采用保護涂層方法來解決；另外，鑄造困難，多采用鍛件，對 鈮基和鉬基合金的一些簡單鑄件已獲得成功。鈮基和鉬基合金的一些簡單鑄件已獲得成功。 采用石墨、硼采用石墨、硼(硼硅克硼硅克)、鎢、鉬和氧化鋁、氧化硅晶須等作為纖維與

60、、鎢、鉬和氧化鋁、氧化硅晶須等作為纖維與 鎳鈷高溫合金組成復合材料制成的實心渦輪葉片，可使渦輪溫度和轉速提鎳鈷高溫合金組成復合材料制成的實心渦輪葉片，可使渦輪溫度和轉速提 高。用二氧化釷和碳化鉿鎢絲增強復合材料，工作溫度達高。用二氧化釷和碳化鉿鎢絲增強復合材料，工作溫度達11601200 。 利用氧化鋁氈或單晶纖維增強高熔點鉬、鎢后，可使鎢在利用氧化鋁氈或單晶纖維增強高熔點鉬、鎢后，可使鎢在 1650的強度的強度 提高二倍，可用作火箭的噴口材料。提高二倍，可用作火箭的噴口材料。 (2) 金屬間化合物金屬間化合物 有序金屬間化合物是一種新型金屬基高溫材料。一類長程有序結構的有序金屬間化合物是一種