高溫金屬材料和性能

1、高 溫 材 料5.1 5.1 高溫材料概述高溫材料概述5.2 5.2 高溫材料分類和牌號表示法高溫材料分類和牌號表示法5.3 5.3 高溫材料的強(qiáng)化高溫材料的強(qiáng)化概念：概念： 高溫材料是能在高溫材料是能在600以上的高溫及一定應(yīng)力作用下以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類材料。長期工作的一類材料。性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 高溫材料具有較高的高溫強(qiáng)度；高溫材料具有較高的高溫強(qiáng)度； 良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能；良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能； 良好的疲勞性能、斷裂韌性、塑性。良好的疲勞性能、斷裂韌性、塑性。組織特點(diǎn)組織特點(diǎn)： 高溫材料在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用高溫材料在各種溫度下具有良好的

2、組織穩(wěn)定性和使用的可靠性。的可靠性。1 1 高溫材料概述高溫材料概述1929年：英美Meriea、Bedford和Pilling將少量Ti、Al加入電工合金80Ni20Cr，蠕變顯著提高。1937年：德Hans von ohain渦輪噴氣發(fā)動機(jī)Heinkel問世。1939年：英研制出Whittle渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。1939年：英Mond鎳公司(國際鎳公司)研制出鎳基合金Nimonic 75，準(zhǔn)備用作Whittle發(fā)動機(jī)渦輪葉片，后為Nimonic 80取代，其含鋁、鈦，蠕變性能比Nimonic 75高50。1942年：Nimonic 80用作渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的葉片，成為最早的Ni3(A1，Ti)強(qiáng)

3、化的渦輪葉片材料。此后，該公司在合金中加入硼、鋯、鈷、鉬等合金元素，相繼開發(fā)了Nimonic80A、Nimonic 90等合金，形成Nimonic合金系列。 國外高溫合金發(fā)展?fàn)顩r國外高溫合金發(fā)展?fàn)顩r牌 號NiCrCoMoWFeAlTiu -Nimonic 8074202.0*-1.5*1.32.2-Nimonic 816530-1.0*11.75-Nimonic 8664.525-10-0.15 Mn0.03 CeNimonic 9424812.51.0*5.5-2543.7-0.015 B1932年：美國年：美國Halliwell開發(fā)了含鋁、鈦的彌散強(qiáng)化型鎳基合開發(fā)了含鋁、鈦的彌散強(qiáng)化型鎳基

4、合金金K42B，用以制造活塞式航空發(fā)動機(jī)的增壓渦輪。，用以制造活塞式航空發(fā)動機(jī)的增壓渦輪。1941年：美國開始發(fā)展航空燃?xì)鉁u輪。年：美國開始發(fā)展航空燃?xì)鉁u輪。1942年：年：Hastelloy B鎳基合金用于鎳基合金用于GE公司的公司的Bellp-59噴氣發(fā)噴氣發(fā)動機(jī)及其后的動機(jī)及其后的I-40噴氣發(fā)動機(jī)。噴氣發(fā)動機(jī)。NiCrCoMoWFeAlTiCuHastelloy A571.0*-21-19-Hastelloy B621.0*2.5*28-5.5-0.4 VHastelloy B2661.0*0.75*28-2.0*0.4*-Hastelloy C27656162.5*1745.50.4

5、*-0.35* VHastelloy C2254212.5*1435.0*0.4*-0.35* VHastelloy C454161.25*16-2.0*0.4*0.5*-Hastelloy D851.0*-1.0*-4.0*-9 SiHastelloy F45222.5*61.0*18-2-Hastelloy G4422-6.51.0*20-22-Hastelloy N7270.216.50.55.0*0.250.25-0.01 BHastelloy R6615.51.5*5-7.0*2.22.5-Hastelloy S6815.5-14.5-1-0.5 Mn0.4 SiHastelloy

6、W6352.5*24.5-5.5-0.6 VHastelloy X47221.590.618.5-1944年：西屋公司的年：西屋公司的Yan Kee19A發(fā)動機(jī)采用鈷基合金發(fā)動機(jī)采用鈷基合金HS 23精密精密鑄造葉片。鑄造葉片。1950年美國出兵朝鮮，由于鈷的資源短缺，鎳基合金得到發(fā)展并年美國出兵朝鮮，由于鈷的資源短缺，鎳基合金得到發(fā)展并被廣泛用作渦輪葉片。美國的被廣泛用作渦輪葉片。美國的PW公司、公司、GE公司和特殊金屬公司公司和特殊金屬公司分別開發(fā)出了分別開發(fā)出了Waspalloy、M-252和和Udmit 500等合金。并在這些合等合金。并在這些合金發(fā)展基礎(chǔ)上，形成了金發(fā)展基礎(chǔ)上，形成了

7、Inconel、Mar-M和和Udmit等牌號系列。等牌號系列。 Waspaloy 5619144.2-1.5*1.43-0.1 ZrNiCrCoMoWFeAlTiCuNbOthersUdimet 500 5317.516.54-4.0*2.93.9-0.01 BM252 54191010-5.0*12.6-MAR M-246 609102.5100.155.51.5-1.5 Ta二十世紀(jì)二十世紀(jì)4040年代年代5050年代中期：年代中期： 通過合金成分的調(diào)整來提高合金的性能。通過合金成分的調(diào)整來提高合金的性能。二十世紀(jì)二十世紀(jì)4040年代：年代： 出現(xiàn)了真空熔煉技術(shù)，去除合金中有害雜質(zhì)和氣體

8、，精確控出現(xiàn)了真空熔煉技術(shù)，去除合金中有害雜質(zhì)和氣體，精確控制合金成分，如制合金成分，如Mar-M200Mar-M200、In100In100和和B1900B1900高性能鑄造高溫合金。高性能鑄造高溫合金。二十世紀(jì)二十世紀(jì)6060年代：年代： 定向凝固、單晶合金、粉末冶金、機(jī)械合金化、陶瓷過濾、定向凝固、單晶合金、粉末冶金、機(jī)械合金化、陶瓷過濾、等溫鍛造等新型工藝的研究開發(fā)。等溫鍛造等新型工藝的研究開發(fā)。 定向凝固工藝定向凝固工藝所起的作用尤為重要，采用定向凝固工藝制出所起的作用尤為重要，采用定向凝固工藝制出的單晶合金，其使用溫度接近合金熔點(diǎn)的的單晶合金，其使用溫度接近合金熔點(diǎn)的9090，至今

9、，各國先進(jìn)，至今，各國先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)均采用單晶高溫合金渦輪葉片。航空發(fā)動機(jī)均采用單晶高溫合金渦輪葉片。制造工藝在發(fā)展高溫合金中的作用制造工藝在發(fā)展高溫合金中的作用1956年：正式開始研制生產(chǎn)高溫合金，第一種高溫合金是GH3030，用作WP5火焰筒（殲-5），由撫順鋼廠、鞍山鋼鐵公司、冶金部鋼鐵研究總院、航空材料研究所和410廠共同試制1957年：通過長期試車后投入生產(chǎn)。1957年底，繼GH3030合金之后，WP5發(fā)動機(jī)用的GH4033(DH437B)、K412合金相繼試制成功。1960年代初：先后研制成功GH4037、GH3039、GH3044、GH4049、GH3128、K417等高溫合金我

10、國高溫合金發(fā)展歷程我國高溫合金發(fā)展歷程上世紀(jì)上世紀(jì)70年代初：年代初： 高溫合金的生產(chǎn)試制和研究初具規(guī)模，通過仿制、消化和高溫合金的生產(chǎn)試制和研究初具規(guī)模，通過仿制、消化和發(fā)展前蘇聯(lián)高溫合金為主體的合金及其工藝，質(zhì)量達(dá)到或超過發(fā)展前蘇聯(lián)高溫合金為主體的合金及其工藝，質(zhì)量達(dá)到或超過前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)物水平。前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)物水平。 我國資源缺鎳少鈷，鐵基高溫合金的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用成我國資源缺鎳少鈷，鐵基高溫合金的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用成為上世紀(jì)六七十年代的主線。為上世紀(jì)六七十年代的主線。 至上世紀(jì)至上世紀(jì)70年代初，研制生產(chǎn)的鐵基高溫合金牌號達(dá)年代初，研制生產(chǎn)的鐵基高溫合金牌號達(dá)33個(gè)，個(gè)，其中我國獨(dú)創(chuàng)的達(dá)

11、其中我國獨(dú)創(chuàng)的達(dá)18種。大量應(yīng)用至今的有種。大量應(yīng)用至今的有GHll40、GH2135、GH35A和和K213等等4種合金。種合金。上世紀(jì)上世紀(jì)70年代后：年代后： 引進(jìn)歐美發(fā)動機(jī)引進(jìn)歐美發(fā)動機(jī)WS-8、WS-9、WZ-6、WZ-8，并研制生，并研制生產(chǎn)產(chǎn)WP13等發(fā)動機(jī)，引進(jìn)和試制了一批歐美體系的高溫合金，等發(fā)動機(jī)，引進(jìn)和試制了一批歐美體系的高溫合金，使我國高溫合金生產(chǎn)水平接近西方工業(yè)國家的水平。使我國高溫合金生產(chǎn)水平接近西方工業(yè)國家的水平。 自行研究和開發(fā)了一批新的鎳基合金，如自行研究和開發(fā)了一批新的鎳基合金，如GH4133、GH4133B、GH3128、GHl70、K405、K423A、

12、K419等。等。 40多年來多年來，研究、試制和生產(chǎn)了研究、試制和生產(chǎn)了100多種高溫合金，總計(jì)產(chǎn)量多種高溫合金，總計(jì)產(chǎn)量達(dá)達(dá)6萬萬t左右。生產(chǎn)高溫合金的裝備：大型真空感應(yīng)爐、不同容量左右。生產(chǎn)高溫合金的裝備：大型真空感應(yīng)爐、不同容量的電渣爐、的電渣爐、17t大型真空電弧爐、大型真空電弧爐、200kg真空電子束爐以及大型真空電子束爐以及大型快鍛、精鍛機(jī)、擠壓機(jī)、水壓機(jī)等設(shè)備?？戾?、精鍛機(jī)、擠壓機(jī)、水壓機(jī)等設(shè)備。 國際公認(rèn)的工藝技術(shù)：國際公認(rèn)的工藝技術(shù)：低偏析新技術(shù)低偏析新技術(shù)和和加鎂微合金化技術(shù)加鎂微合金化技術(shù)。 通過低偏析技術(shù)，控制雜質(zhì)元素磷、硫、硅等的低含量，創(chuàng)通過低偏析技術(shù)，控制雜質(zhì)元素

13、磷、硫、硅等的低含量，創(chuàng)制了一系列低偏析合金，其承溫能力比原型合金高制了一系列低偏析合金，其承溫能力比原型合金高2025。 在國外加在國外加Mg凈化材質(zhì)和改善熱加工性能基礎(chǔ)上，我國上世紀(jì)凈化材質(zhì)和改善熱加工性能基礎(chǔ)上，我國上世紀(jì)七八十年代進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)七八十年代進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Mg的偏聚晶界、改變晶界行為可顯著提高的偏聚晶界、改變晶界行為可顯著提高合金的持久強(qiáng)度和塑性等性能。合金的持久強(qiáng)度和塑性等性能。 1964年開始，高溫合金應(yīng)用于民用工業(yè)部門，如柴油機(jī)增壓年開始，高溫合金應(yīng)用于民用工業(yè)部門，如柴油機(jī)增壓渦輪、地面燃?xì)廨啓C(jī)、煙氣輪機(jī)、核反應(yīng)堆燃料空位格架等。在渦輪、地面燃?xì)廨啓C(jī)、煙氣輪機(jī)、核反應(yīng)堆燃料

14、空位格架等。在民用工業(yè)的推廣應(yīng)用中，除傳統(tǒng)的高溫高強(qiáng)度的高溫合金外，還民用工業(yè)的推廣應(yīng)用中，除傳統(tǒng)的高溫高強(qiáng)度的高溫合金外，還相繼開發(fā)出一批高溫耐磨和高溫耐蝕的高溫合金。相繼開發(fā)出一批高溫耐磨和高溫耐蝕的高溫合金。 外部質(zhì)量外部質(zhì)量： 外部輪廓形狀、尺寸精度、表面缺陷清理方法。外部輪廓形狀、尺寸精度、表面缺陷清理方法。 鍛制圓餅：鼓形、無歪扭；鍛制或軋制棒材不圓度鍛制圓餅：鼓形、無歪扭；鍛制或軋制棒材不圓度直徑偏差直徑偏差的的7070，彎曲度，彎曲度 6mm/1000mm6mm/1000mm；熱軋板材不平度；熱軋板材不平度l0mm/1000mml0mm/1000mm。內(nèi)部質(zhì)量內(nèi)部質(zhì)量： 化學(xué)成

15、分、組織、力學(xué)及物理和化學(xué)性能等?；瘜W(xué)成分、組織、力學(xué)及物理和化學(xué)性能等。 化學(xué)成分化學(xué)成分：除主元素外，對氧、氫、氮及鉛、鉍、錫、銻、：除主元素外，對氧、氫、氮及鉛、鉍、錫、銻、銀、砷等含量都有要求。高溫合金分析元素達(dá)銀、砷等含量都有要求。高溫合金分析元素達(dá)2020多種，單晶高溫多種，單晶高溫合金分析元素達(dá)合金分析元素達(dá)3535種。鉍、硒、碲、鉈等含量種。鉍、硒、碲、鉈等含量1010-6-6。 組織組織：低倍和高倍組織、高溫下組織穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)：低倍和高倍組織、高溫下組織穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)（鑄態(tài)、鑄態(tài)、加工態(tài)或熱處理態(tài)、高溫長期時(shí)效后相應(yīng)的力學(xué)性能加工態(tài)或熱處理態(tài)、高溫長期時(shí)效后相應(yīng)的力學(xué)性能），其

16、檢測，其檢測項(xiàng)目有晶粒度、斷口分層、疏松、晶界狀態(tài)，夾雜物的大小和分項(xiàng)目有晶粒度、斷口分層、疏松、晶界狀態(tài)，夾雜物的大小和分布，純潔度等。布，純潔度等。 高溫合金的質(zhì)量要求：高溫合金的質(zhì)量要求： 力學(xué)性能力學(xué)性能：室溫及高溫拉伸性能和沖擊韌性、高溫：室溫及高溫拉伸性能和沖擊韌性、高溫持久及蠕變性能、硬度、高周和低周疲勞性能、蠕變與持久及蠕變性能、硬度、高周和低周疲勞性能、蠕變與疲勞交互作用下的力學(xué)性能，抗氧化和抗熱腐蝕性能。疲勞交互作用下的力學(xué)性能，抗氧化和抗熱腐蝕性能。 物理常數(shù)物理常數(shù)：密度、熔化溫度、比熱、熱膨脹系數(shù)和：密度、熔化溫度、比熱、熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率等。熱導(dǎo)率等。 用戶還對生產(chǎn)

17、過程進(jìn)行控制用戶還對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制：對生產(chǎn)中的原材料、：對生產(chǎn)中的原材料、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備和測量儀表、操作工序和操作人員生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備和測量儀表、操作工序和操作人員素質(zhì)。生產(chǎn)和質(zhì)量管理水平等進(jìn)行考核和素質(zhì)。生產(chǎn)和質(zhì)量管理水平等進(jìn)行考核和“凍結(jié)凍結(jié)”。 合金轉(zhuǎn)廠生經(jīng)有關(guān)航空生產(chǎn)工程來源批準(zhǔn)后，生產(chǎn)合金轉(zhuǎn)廠生經(jīng)有關(guān)航空生產(chǎn)工程來源批準(zhǔn)后，生產(chǎn)出的合金必須檢驗(yàn)三爐批全面性能，并檢查主要生產(chǎn)工出的合金必須檢驗(yàn)三爐批全面性能，并檢查主要生產(chǎn)工序中半成品質(zhì)量。序中半成品質(zhì)量。 新研制的合金還需經(jīng)地面臺架試車和空中試飛。新研制的合金還需經(jīng)地面臺架試車和空中試飛。航空發(fā)動機(jī)：航空發(fā)動機(jī)： 現(xiàn)代航空發(fā)動

18、機(jī)中用量占發(fā)動機(jī)重量的現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)中用量占發(fā)動機(jī)重量的4060，主要用，主要用于四大熱端部件：導(dǎo)向器、渦輪葉片、渦輪盤和燃燒室。于四大熱端部件：導(dǎo)向器、渦輪葉片、渦輪盤和燃燒室?；鸺l(fā)動機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)高溫?zé)岫瞬考鸺l(fā)動機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)高溫?zé)岫瞬考?上世紀(jì)上世紀(jì)70年代以來，高溫合金在民用工業(yè)部門（原子能、能年代以來，高溫合金在民用工業(yè)部門（原子能、能源動力、交通運(yùn)輸、石油化工、冶金礦山和玻璃建材等）得到推源動力、交通運(yùn)輸、石油化工、冶金礦山和玻璃建材等）得到推廣應(yīng)用，這類高溫合金中一部分主要利用高溫合金的高溫高強(qiáng)度廣應(yīng)用，這類高溫合金中一部分主要利用高溫合金的高溫高強(qiáng)度特性，另一部分主要應(yīng)用高

19、溫合金的高溫耐磨和耐腐蝕性能。特性，另一部分主要應(yīng)用高溫合金的高溫耐磨和耐腐蝕性能。 目前美國高溫合金總產(chǎn)量約為每年目前美國高溫合金總產(chǎn)量約為每年2.33.6萬萬t，大約，大約1213應(yīng)用于耐蝕材料。應(yīng)用于耐蝕材料。 高溫耐磨耐蝕的高溫合金：要求的不是高溫強(qiáng)度。這類合金高溫耐磨耐蝕的高溫合金：要求的不是高溫強(qiáng)度。這類合金的成分以鎳、鐵或鈷為基，并含有的成分以鎳、鐵或鈷為基，并含有2035鉻，大量的鎢、鉬鉻，大量的鎢、鉬等固溶強(qiáng)化元素，而鋁、鈦等等固溶強(qiáng)化元素，而鋁、鈦等形成元素則要求含量甚少或者根本形成元素則要求含量甚少或者根本不加入。不加入。高溫合金的用途高溫合金的用途按合金基體元素種類分：

20、按合金基體元素種類分： 鐵基鐵基(鐵鎳基鐵鎳基)高溫合金：含鎳量達(dá)高溫合金：含鎳量達(dá)2550 鎳基高溫合金鎳基高溫合金 鈷基高溫合金鈷基高溫合金按合金強(qiáng)化類型分：按合金強(qiáng)化類型分： 固溶強(qiáng)化型合金固溶強(qiáng)化型合金 時(shí)效沉淀強(qiáng)化型合金時(shí)效沉淀強(qiáng)化型合金按合金材料成形方式分：按合金材料成形方式分： 變形高溫合金：餅、棒、板、環(huán)形件、管、帶和絲變形高溫合金：餅、棒、板、環(huán)形件、管、帶和絲 鑄造高溫合金：普通精密鑄造、定向凝固和單晶合金鑄造高溫合金：普通精密鑄造、定向凝固和單晶合金 粉末冶金高溫合金：普通和氧化物彌散強(qiáng)化合金粉末冶金高溫合金：普通和氧化物彌散強(qiáng)化合金按使用特性：按使用特性： 高強(qiáng)度合金、

21、高屈服強(qiáng)度合金、抗松弛合金、低膨脹合金、高強(qiáng)度合金、高屈服強(qiáng)度合金、抗松弛合金、低膨脹合金、抗熱腐蝕合金等。抗熱腐蝕合金等。5.2 5.2 高溫材料分類和牌號高溫材料分類和牌號變形高溫合金變形高溫合金鑄造高溫合金鑄造高溫合金焊接用高溫合金絲焊接用高溫合金絲粉末冶金高溫合金粉末冶金高溫合金彌散強(qiáng)化高溫合金彌散強(qiáng)化高溫合金等軸晶鑄造高溫合金等軸晶鑄造高溫合金定向凝固柱晶高溫合金定向凝固柱晶高溫合金單晶高溫合金單晶高溫合金金屬間化合物高溫材料金屬間化合物高溫材料鎳鋁系金屬化合物高溫材料鎳鋁系金屬化合物高溫材料鈦鋁系金屬化合物高溫材料鈦鋁系金屬化合物高溫材料高高溫溫合合金金高溫合金及金屬間化合物高溫材

22、料的分類高溫合金及金屬間化合物高溫材料的分類牌號：字母字母+ +阿拉伯?dāng)?shù)字阿拉伯?dāng)?shù)字根據(jù)需要，牌號后加英文字母表示原合金的改型合金（某種特定工藝、特定化學(xué)成分）牌號前綴牌號前綴變形高溫合金：變形高溫合金：GH；等軸晶鑄造高溫合金：等軸晶鑄造高溫合金：K；定向凝固柱晶高溫合金定向凝固柱晶高溫合金 ：DZ；單晶高溫合金：單晶高溫合金：DD；焊接用高溫合金絲：焊接用高溫合金絲：HGH；粉末冶金高溫合金：粉末冶金高溫合金：FGH；彌散強(qiáng)化高溫合金：彌散強(qiáng)化高溫合金：MGH；金屬間化合物高溫材料：金屬間化合物高溫材料：JG。阿拉伯?dāng)?shù)字阿拉伯?dāng)?shù)字變形高溫合金和焊接用高溫合金絲：變形高溫合金和焊接用高溫合金

23、絲：前綴后用四位數(shù)表示：前綴后用四位數(shù)表示：第一位：合金的分類號；第一位：合金的分類號； 單號：固溶強(qiáng)化型；單號：固溶強(qiáng)化型； 雙號：時(shí)效強(qiáng)化型雙號：時(shí)效強(qiáng)化型第二第二 四位：合金編號，不足位的合金編號用四位：合金編號，不足位的合金編號用“0”補(bǔ)充。補(bǔ)充。其它高溫合金和金屬間化合物高溫材料其它高溫合金和金屬間化合物高溫材料鑄造高溫合金：前綴后加三位數(shù)字鑄造高溫合金：前綴后加三位數(shù)字 第一位：合金分類號；第一位：合金分類號； 第二、三位：合金編號，不足的用第二、三位：合金編號，不足的用“0”補(bǔ)齊補(bǔ)齊粉末冶金高溫合金、彌散強(qiáng)化高溫合金、金屬間化合物高溫粉末冶金高溫合金、彌散強(qiáng)化高溫合金、金屬間化合

24、物高溫材料：前綴后加四位數(shù)字材料：前綴后加四位數(shù)字鐵或鐵鎳基變形高溫合金鐵或鐵鎳基變形高溫合金鎳基變形高溫合金鎳基變形高溫合金鈷基變形高溫合金鈷基變形高溫合金等軸晶鑄造高溫合金等軸晶鑄造高溫合金定向凝固柱晶高溫合金定向凝固柱晶高溫合金單晶高溫合金單晶高溫合金焊接用高溫合金絲焊接用高溫合金絲粉末冶金高溫合金絲粉末冶金高溫合金絲彌散強(qiáng)化型高溫合金彌散強(qiáng)化型高溫合金金屬化合物型高溫材料金屬化合物型高溫材料 國外高溫合金牌號按生產(chǎn)廠家的注冊商標(biāo)命名： 牌號 注冊商家CMSX Cannon-Muskegon Corporation(佳能-穆斯克貢公司)Discaloy Westinghouse corp

25、oration(西屋公司)Gatorize United Aircraft Company(聯(lián)合航空公司)Haynes Haynes Stellite C0mpany(漢因斯司泰特公司)Hastelloy Cabot Corporation(鈷業(yè)公司)Inconel Inco Alloys International,Inc(國際因科合金公司)Mar-M Martin Marietta corporation(馬丁馬麗塔公司)Multiphase Standard Pressed Steel Co(標(biāo)準(zhǔn)壓制鋼公司)Nimonjc Mond Nickel Company(蒙特鎳公司)Rene G

26、eneral Electric Company(通用電氣公司)REP Whittaker Corporation(惠特克公司)Udmit Special Metal,Inc,(特殊金屬公司)Unitemp Universal-Cyclops steel Corporation(宇宙-獨(dú)眼巨人鋼公司)Vitallium Howmet Corporation(豪梅特公司)Waspaloy Pratt&Whitney Company(普拉特-惠脫尼公司) 鎳基高溫合金應(yīng)用廣泛，鐵基高溫合金和鈷基高溫合金也有一定的應(yīng)用。所有高溫合金都含有多種合金元素，有時(shí)多達(dá)幾十種。這些合金元素將產(chǎn)生合金強(qiáng)化

27、。 合金強(qiáng)化：加入的多種合金元素與基體元素(鎳、鐵或鈷)產(chǎn)生作用，從而產(chǎn)生強(qiáng)化效應(yīng)： 固溶強(qiáng)化 第二相強(qiáng)化(沉淀析出強(qiáng)化和彌散相強(qiáng)化) 晶界強(qiáng)化 工藝強(qiáng)化：采用新工藝，或者改善冶煉、凝固結(jié)晶、熱加工、熱處理及表面處理等環(huán)節(jié)從而改善合金組織結(jié)構(gòu)而強(qiáng)化。 高溫合金強(qiáng)化高溫合金強(qiáng)化= =合金強(qiáng)化合金強(qiáng)化+ +工藝強(qiáng)化工藝強(qiáng)化5.3 5.3 高溫合金的強(qiáng)化高溫合金的強(qiáng)化(1)鎳為面心立方結(jié)構(gòu)，沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；鐵、鈷僅在高溫下為面心立方奧氏體結(jié)構(gòu)，因此，鐵基和鈷基合金中須加入擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的合金元素。(2)鎳化學(xué)穩(wěn)定性較高，鈷和鐵抗氧化性低于鎳，但鈷抗熱腐蝕能力比鎳強(qiáng)；加鉻可顯著改善鎳基合金的抗氧性和

28、鈷基合金的抗熱腐蝕性。(3)鎳的相穩(wěn)定性最好，鎳或鎳鉻基體可固溶更多的合金元素而不生成有害相；鐵的相穩(wěn)定性最差，鐵或鐵鉻鎳基體只能固溶較少的合金元素，有強(qiáng)烈析出各種有害相的傾向。(4)鐵的密度最小，但膨脹系數(shù)最大，導(dǎo)熱能力較好；鈷與鎳比較，其導(dǎo)熱性較好，膨脹系數(shù)較低，所以其熱疲勞性能較優(yōu)。 鎳是最佳的基體金屬，使得鎳基高溫合金成為最佳的高溫合金系列。鈷基合金耐熱腐蝕及耐熱疲勞性能高，可以發(fā)揮其優(yōu)勢，有較長的使用壽命，適用于高溫低應(yīng)力下長期使用的靜態(tài)部件。鐵基合金的使用溫度范圍較鎳基和鈷基低。 基體元素的作用基體元素的作用高溫合金的固溶強(qiáng)化高溫合金的固溶強(qiáng)化 奧氏體固溶強(qiáng)化與下列因素有關(guān)：(1)

29、溶劑原子與溶質(zhì)原子大小的差異：畸變彈性應(yīng)力場；(2)溶劑和溶質(zhì)原子的彈性模量差別：強(qiáng)化效應(yīng)；(3)靜電交互作用：引起的非均勻分布；(4)化學(xué)交互作用：引起的非均勻分布；(5)短程有序：原子分布。高溫合金的第二相強(qiáng)化高溫合金的第二相強(qiáng)化 高溫合金第二相強(qiáng)化分為時(shí)效析出沉淀強(qiáng)化、鑄造第二相骨架強(qiáng)化和彌散質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)化等。 時(shí)效沉淀強(qiáng)化：(Ni3A1Ti)，(NixNb)或碳化物的時(shí)效沉淀。 彌散強(qiáng)化：氧化物質(zhì)點(diǎn)或其他化合物質(zhì)點(diǎn)。 鈷基鑄造合金：碳化物骨架強(qiáng)化。高溫合金的晶界強(qiáng)化高溫合金的晶界強(qiáng)化 高溫形變時(shí)晶界區(qū)原子排列規(guī)則性被破壞，存在各種晶體缺陷。因此晶界在低溫形變條件下是位錯(cuò)運(yùn)動的阻礙，產(chǎn)生細(xì)化強(qiáng)化。但當(dāng)溫度升高和應(yīng)變速率降低時(shí)，晶界對位錯(cuò)運(yùn)動的阻礙作用降低，晶界區(qū)的積塞位錯(cuò)易與晶界缺陷產(chǎn)生交互作用而消失，并產(chǎn)生晶界滑動及遷移。晶界滑動是晶界直接參與形變，有時(shí)晶界形變量可占總形變量的50%以上。這樣，高溫形變條件下晶界就成為薄弱環(huán)節(jié)。所以晶界強(qiáng)化是高溫合金的基本問題。強(qiáng)化晶界的方法： 提高合金尤其是晶界的純潔度，并對晶界微合金化 控制晶界尺寸、形狀和位向鎂