高溫合金知識

高溫合(he)(he)(he)金是(shi)在(zai)高溫嚴酷的(de)(de)機械應力(li)和氧化、腐蝕(shi)環境(jing)下應用的(de)(de)一類合(he)(he)(he)金。隨著科技事業的(de)(de)發展(zhan)，高溫合(he)(he)(he)金逐漸形成六個(ge)較(jiao)為(wei)完整(zheng)的(de)(de)部分。

    一、變形高溫(wen)合金

    變形(xing)高溫合(he)(he)金(jin)是指(zhi)可以進行(xing)熱、冷變形(xing)加工，工作溫度范圍-253～1320℃，具有良好的(de)力學(xue)性(xing)能和綜合(he)(he)的(de)強(qiang)(qiang)、韌性(xing)指(zhi)標，具有較高的(de)抗氧化(hua)(hua)、抗腐蝕性(xing)能的(de)一類合(he)(he)金(jin)。按(an)其熱處理(li)工藝可分為固(gu)溶強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)型(xing)合(he)(he)金(jin)和時效強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)型(xing)合(he)(he)金(jin)。

    1、固(gu)溶強化型合金

    使(shi)用(yong)溫度范圍(wei)為(wei)900～1300℃，抗(kang)氧化溫度達1320℃。例(li)如GH128合金(jin)，室溫拉伸強(qiang)度為(wei)850MPa、屈服強(qiang)度為(wei)350MPa；1000℃拉伸強(qiang)度為(wei)140MPa、延(yan)伸率為(wei)85%,1000℃、30MPa應力的持久壽命(ming)為(wei)200小時(shi)、延(yan)伸率40%。固溶合金(jin)一般用(yong)于制作航空(kong)、航天(tian)發(fa)動機燃(ran)燒室、機匣等部件。

    2、時效強化型合金

    使用溫度(du)為(wei)-253～950℃，一般用于制作(zuo)航空、航天發動機的(de)渦輪盤(pan)與葉片等結構件。制作(zuo)渦輪盤(pan)的(de)合(he)金工作(zuo)溫度(du)為(wei)-253～700℃,要(yao)求具(ju)有良好的(de)高低溫強(qiang)度(du)和(he)抗疲勞性能。 例如(ru)：GH4169合(he)金，在(zai)650℃的(de)屈(qu)服強(qiang)度(du)達1000MPa；制作(zuo)葉片的(de)合(he)金溫度(du)可達950℃，例如(ru)：GH220合(he)金，950℃的(de)拉(la)伸(shen)強(qiang)度(du)為(wei)490MPa，940℃、200MPa的(de)持久(jiu)壽命大(da)于40小時。

    變形高溫(wen)合金(jin)主要為航(hang)(hang)天、航(hang)(hang)空、核能(neng)、石油民用工業(ye)提供(gong)結(jie)構(gou)鍛件(jian)、餅材(cai)(cai)、環件(jian)、棒材(cai)(cai)、板材(cai)(cai)、管材(cai)(cai)、帶材(cai)(cai)和絲材(cai)(cai)。

    二、鑄造(zao)高溫合金

    鑄造高(gao)溫合金(jin)是(shi)指可(ke)以(yi)或只(zhi)能(neng)用(yong)鑄造方法成型零件的一類高(gao)溫合金(jin)。其主要特點是(shi)：

    1. 具(ju)有更(geng)寬的成(cheng)分范圍 由于可(ke)(ke)不必兼顧其變形加(jia)工性(xing)能(neng)，合(he)金的設計(ji)可(ke)(ke)以(yi)集中考慮優化其使(shi)用性(xing)能(neng)。如對于鎳(nie)基高(gao)溫合(he)金，可(ke)(ke)通過調整成(cheng)分使(shi)γ’含量達60%或更(geng)高(gao)，從而在高(gao)達合(he)金熔點85%的溫度下，合(he)金仍能(neng)保持優良性(xing)能(neng)。

    2. 具有(you)更廣闊的(de)(de)應(ying)用領域 由于(yu)鑄造(zao)方法具有(you)的(de)(de)特殊優點，可根據零件(jian)的(de)(de)使用需要(yao)，設計(ji)、制造(zao)出(chu)近終形或無余(yu)量的(de)(de)具有(you)任意復雜(za)結構和形狀的(de)(de)高(gao)溫合金鑄件(jian)。

    根(gen)據鑄造合金(jin)的(de)使(shi)用溫度，可以分為以下三類：

    第一類：在(zai)-253～650℃使用(yong)的(de)(de)等軸晶鑄造高溫(wen)合(he)金(jin) 這類合(he)金(jin)在(zai)很(hen)大的(de)(de)范(fan)圍溫(wen)度(du)內具(ju)有良好的(de)(de)綜(zong)合(he)性(xing)能(neng)，特(te)別是在(zai)低溫(wen)下(xia)能(neng)保(bao)持(chi)強(qiang)度(du)和(he)塑性(xing)均不下(xia)降(jiang)。如(ru)在(zai)航(hang)空(kong)、航(hang)天(tian)發(fa)(fa)動機上用(yong)量(liang)較大的(de)(de)K4169合(he)金(jin)，其650℃拉伸強(qiang)度(du)為1000MPa、屈服強(qiang)度(du)850MPa、拉伸塑性(xing)15%；650℃，620MPa應(ying)力下(xia)的(de)(de)持(chi)久(jiu)壽命為200小時。已用(yong)于制作航(hang)空(kong)發(fa)(fa)動機中的(de)(de)擴壓(ya)器機匣及航(hang)天(tian)發(fa)(fa)動機中各種泵(beng)用(yong)復(fu)雜結構件等。

    第二類(lei)：在(zai)650～950 ℃使用的(de)等軸(zhou)晶(jing)鑄(zhu)造高(gao)(gao)溫合金(jin) 這(zhe)(zhe)類(lei)合金(jin)在(zai)高(gao)(gao)溫下有較(jiao)高(gao)(gao)的(de)力學性(xing)能及抗(kang)熱腐(fu)蝕性(xing)能。例如K419合金(jin)，950℃時(shi)，拉伸強度大于700MPa、拉伸塑性(xing)大于6%；950℃，200小時(shi)的(de)持久(jiu)強度大于230MPa。這(zhe)(zhe)類(lei)合金(jin)適于用做航空發(fa)動機渦輪葉片(pian)、導向葉片(pian)及整鑄(zhu)渦輪。

    第(di)三類(lei)： 在950～1100℃ 使(shi)用(yong)的定(ding)向凝固柱晶和(he)單(dan)晶高溫(wen)合金 這類(lei)合金在此溫(wen)度(du)范(fan)圍內具有優良的綜合性能和(he)抗氧(yang)化(hua)、抗熱(re)腐蝕性能。例如DD402單(dan)晶合金，1100℃、130MPa的應力(li)下持久壽命(ming)大于(yu)100小時(shi)。這是國內使(shi)用(yong)溫(wen)度(du)高的渦(wo)輪(lun)葉(xie)片材料，適用(yong)于(yu)制作(zuo)新型(xing)高性能發動機(ji)的一級(ji)渦(wo)輪(lun)葉(xie)片。

    隨(sui)著精密鑄(zhu)造工藝技(ji)術(shu)(shu)(shu)的不斷提高(gao)(gao)(gao)，新(xin)的特殊工藝也不斷出現。細晶鑄(zhu)造技(ji)術(shu)(shu)(shu)、定向凝(ning)固(gu)技(ji)術(shu)(shu)(shu)、復雜薄(bo)壁結構(gou)件的CA技(ji)術(shu)(shu)(shu)等都(dou)使鑄(zhu)造高(gao)(gao)(gao)溫合金水平大大提高(gao)(gao)(gao)，應用(yong)范(fan)圍不斷提高(gao)(gao)(gao)。

    三、粉末冶金高溫合金

    采(cai)用霧化高(gao)溫(wen)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)粉(fen)末，經熱(re)等(deng)靜壓成型或熱(re)等(deng)靜壓后再(zai)經鍛造成型的(de)生產工藝制造出高(gao)溫(wen)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)粉(fen)末的(de)產品(pin)。采(cai)用粉(fen)末冶金(jin)(jin)(jin)(jin)工藝，由于(yu)粉(fen)末顆粒細(xi)小(xiao)，冷卻速度快，從而成分均勻，無宏觀偏(pian)析，而且晶粒細(xi)小(xiao)，熱(re)加工性能(neng)好，金(jin)(jin)(jin)(jin)屬利用率(lv)高(gao)，成本低，尤其是合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)屈服強度和疲勞(lao)性能(neng)有較大的(de)提高(gao)。

    FGH95粉末冶金(jin)高(gao)(gao)溫(wen)合(he)金(jin)，650℃拉伸強度1500MPa；1034MPa應力下(xia)(xia)持久壽命大于50小時，是(shi)當前在650℃工作條(tiao)件下(xia)(xia)強度水(shui)平高(gao)(gao)的一(yi)種盤件粉末冶金(jin)高(gao)(gao)溫(wen)合(he)金(jin)。粉末冶金(jin)高(gao)(gao)溫(wen)合(he)金(jin)可以滿足應力水(shui)平較高(gao)(gao)的發(fa)動機(ji)的使用(yong)要(yao)求,是(shi)高(gao)(gao)推重比發(fa)動機(ji)渦輪盤、壓氣機(ji)盤和(he)渦輪擋板等高(gao)(gao)溫(wen)部件的選(xuan)擇材料(liao)。

    四、氧化物彌散(san)強(qiang)化（ODS）合金(jin)

    是采用獨特(te)的機械(xie)合金化(hua)(MA)工藝，超細的(小于(yu)50nm)在高(gao)(gao)溫下具(ju)有超穩定的氧化(hua)物彌散強化(hua)相均勻地分散于(yu)合金基體中(zhong)，而形成的一種特(te)殊(shu)的高(gao)(gao)溫合金。其合金強度在接近合金本身(shen)熔點的條件下仍(reng)可(ke)維持，具(ju)有優良的高(gao)(gao)溫蠕變性(xing)能、優越(yue)的高(gao)(gao)溫抗氧化(hua)性(xing)能、抗碳、硫腐蝕性(xing)能。

    目前(qian)已實現(xian)商業化(hua)生產的(de)主要有三(san)種ODS合金：

    MA956合金 在氧化氣氛下使(shi)用(yong)溫度可(ke)達1350℃，居(ju)高溫合金抗氧化、抗碳、硫腐蝕之首(shou)位(wei)。可(ke)用(yong)于航空發動(dong)機燃燒室(shi)內襯。

    MA754合金 在氧化(hua)氣氛(fen)下(xia)使用溫度可達1250℃并保持相(xiang)當高的高溫強度、耐(nai)中堿玻(bo)璃腐蝕。現已用于制作航空發(fa)動機導向(xiang)(xiang)器蓖齒環(huan)和導向(xiang)(xiang)葉片(pian)。

    MA6000合金 在1100℃拉伸(shen)強(qiang)度為(wei)(wei)222MPa、屈服強(qiang)度為(wei)(wei)192MPa；1100℃，1000小時(shi)持(chi)久強(qiang)度為(wei)(wei)127MPa，居高(gao)溫合金之首位，可用于航空發動機葉(xie)片。

    五、金屬間化(hua)合物高溫材料

    金(jin)屬間化(hua)合物高溫材料(liao)(liao)是近期研(yan)究(jiu)開發(fa)的(de)(de)一類(lei)有重要(yao)應用前景的(de)(de)、輕比重高溫材料(liao)(liao)。十幾(ji)年(nian)來(lai)，對金(jin)屬間化(hua)合物的(de)(de)基礎性研(yan)究(jiu)、合金(jin)設計(ji)、工藝流程的(de)(de)開發(fa)以及應用研(yan)究(jiu)已(yi)經成熟，尤其在Ti-Al、Ni-Al和(he)Fe-Al系材料(liao)(liao)的(de)(de)制(zhi)備加工技術、韌化(hua)和(he)強(qiang)化(hua)、力學性能以及應用研(yan)究(jiu)方面取得了令人矚目的(de)(de)成就。

    Ti3Al基(ji)合(he)金(jin)（TAC-1），TiAl基(ji)合(he)金(jin)（TAC-2）以(yi)及Ti2AlNb基(ji)合(he)金(jin)具(ju)有低密(mi)度(du)（3.8～5.8g/cm3）、高溫高強度(du)、高鋼度(du)以(yi)及優異的(de)抗氧(yang)化、抗蠕變等優點(dian)，可以(yi)使結(jie)構件減重(zhong)35～50%。 Ni3Al基(ji)合(he)金(jin)，MX-246具(ju)有很(hen)好(hao)的(de)耐(nai)(nai)腐蝕、耐(nai)(nai)磨損和(he)耐(nai)(nai)氣蝕性能，展示出極好(hao)的(de)應(ying)用前景。Fe3Al基(ji)合(he)金(jin)具(ju)有良好(hao)的(de)抗氧(yang)化耐(nai)(nai)磨蝕性能，在中(zhong)溫（小于(yu)600℃）有較高強度(du)，成(cheng)本低，是一(yi)種(zhong)可以(yi)部分取代不銹鋼的(de)新材料。

    六、環境高溫合金

    在民用工業的(de)(de)很多領域(yu)，服役的(de)(de)構件材(cai)料都處于高溫(wen)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)環境中。為(wei)滿足市場需(xu)要，根據材(cai)料的(de)(de)使用環境，歸類(lei)出系列高溫(wen)合金。