高溫合金知識

高溫合金是在高溫嚴(yan)酷的機械應(ying)力(li)和氧化、腐蝕環境下應(ying)用的一類(lei)合金。隨著科(ke)技事業的發展，高溫合金逐漸形成六個(ge)較為完整的部分。

    一、變形高(gao)溫(wen)合金

    變(bian)(bian)形高溫合(he)金(jin)(jin)是指(zhi)可以進行熱(re)、冷變(bian)(bian)形加工(gong)，工(gong)作溫度范圍-253～1320℃，具有良好的(de)(de)力學性能和(he)綜合(he)的(de)(de)強、韌性指(zhi)標，具有較高的(de)(de)抗氧(yang)化(hua)(hua)、抗腐蝕性能的(de)(de)一類合(he)金(jin)(jin)。按(an)其熱(re)處理(li)工(gong)藝可分為(wei)固溶(rong)強化(hua)(hua)型合(he)金(jin)(jin)和(he)時(shi)效強化(hua)(hua)型合(he)金(jin)(jin)。

    1、固溶強(qiang)化型合金(jin)

    使用(yong)溫(wen)度(du)(du)范圍為900～1300℃，抗氧化溫(wen)度(du)(du)達1320℃。例(li)如GH128合金，室(shi)溫(wen)拉伸強度(du)(du)為850MPa、屈服強度(du)(du)為350MPa；1000℃拉伸強度(du)(du)為140MPa、延伸率(lv)為85%,1000℃、30MPa應力(li)的持(chi)久壽命為200小時、延伸率(lv)40%。固溶合金一般用(yong)于制作航空(kong)、航天發動機(ji)燃燒室(shi)、機(ji)匣等部件。

    2、時(shi)效(xiao)強化型合金

    使用(yong)溫(wen)度(du)(du)為(wei)-253～950℃，一(yi)般(ban)用(yong)于制(zhi)作(zuo)(zuo)航空、航天發(fa)動(dong)機的(de)(de)(de)渦輪盤(pan)與葉片(pian)等結(jie)構件。制(zhi)作(zuo)(zuo)渦輪盤(pan)的(de)(de)(de)合(he)金工作(zuo)(zuo)溫(wen)度(du)(du)為(wei)-253～700℃,要求具有良好的(de)(de)(de)高低溫(wen)強(qiang)度(du)(du)和抗疲(pi)勞性(xing)能。 例(li)如(ru)(ru)：GH4169合(he)金，在(zai)650℃的(de)(de)(de)屈服強(qiang)度(du)(du)達1000MPa；制(zhi)作(zuo)(zuo)葉片(pian)的(de)(de)(de)合(he)金溫(wen)度(du)(du)可達950℃，例(li)如(ru)(ru)：GH220合(he)金，950℃的(de)(de)(de)拉(la)伸強(qiang)度(du)(du)為(wei)490MPa，940℃、200MPa的(de)(de)(de)持久壽命(ming)大于40小(xiao)時。

    變形(xing)高(gao)溫合金主要為航天、航空(kong)、核能(neng)、石油民用工業提供結構鍛(duan)件、餅(bing)材(cai)、環件、棒材(cai)、板(ban)材(cai)、管材(cai)、帶材(cai)和絲材(cai)。

    二、鑄造高溫(wen)合(he)金(jin)

   ; 鑄造高(gao)溫(wen)合金是(shi)指可以或只能(neng)用鑄造方法(fa)成(cheng)型零件的一類(lei)高(gao)溫(wen)合金。其主(zhu)要特點是(shi)：

    1. 具有更寬的(de)(de)成(cheng)分范(fan)圍 由于(yu)可(ke)不(bu)必兼顧(gu)其變形加工(gong)性(xing)能，合金的(de)(de)設計可(ke)以集中(zhong)考(kao)慮優化其使用性(xing)能。如對于(yu)鎳基高溫(wen)合金，可(ke)通過調整成(cheng)分使γ’含量達(da)60%或更高，從而在高達(da)合金熔點85%的(de)(de)溫(wen)度(du)下，合金仍能保持(chi)優良性(xing)能。

    2. 具(ju)有(you)更廣闊(kuo)的應用領域(yu) 由于鑄造方法具(ju)有(you)的特殊(shu)優點，可(ke)根據零件的使(shi)用需要，設計(ji)、制造出(chu)近終形或(huo)無余量的具(ju)有(you)任意復雜結構和形狀(zhuang)的高溫合金鑄件。

    根據鑄造(zao)合(he)金的使用(yong)溫度，可以(yi)(yi)分為以(yi)(yi)下三(san)類：

    第(di)一類：在-253～650℃使用(yong)(yong)的(de)等(deng)軸晶(jing)鑄(zhu)造高(gao)溫(wen)合(he)金(jin)(jin) 這(zhe)類合(he)金(jin)(jin)在很(hen)大的(de)范圍溫(wen)度內具有良好的(de)綜(zong)合(he)性(xing)能，特(te)別是在低溫(wen)下能保(bao)持強(qiang)度和塑性(xing)均(jun)不下降。如在航空(kong)、航天發動機上用(yong)(yong)量(liang)較(jiao)大的(de)K4169合(he)金(jin)(jin)，其650℃拉伸強(qiang)度為1000MPa、屈服強(qiang)度850MPa、拉伸塑性(xing)15%；650℃，620MPa應力下的(de)持久(jiu)壽命為200小時。已用(yong)(yong)于制(zhi)作航空(kong)發動機中的(de)擴壓器機匣(xia)及航天發動機中各種泵用(yong)(yong)復雜結構件等(deng)。

    第二(er)類：在650～950 ℃使用的等(deng)軸晶(jing)鑄(zhu)造高(gao)溫合(he)金(jin) 這(zhe)類合(he)金(jin)在高(gao)溫下(xia)有較(jiao)高(gao)的力學(xue)性(xing)能及(ji)抗熱(re)腐蝕(shi)性(xing)能。例如(ru)K419合(he)金(jin)，950℃時，拉伸強度大于700MPa、拉伸塑性(xing)大于6%；950℃，200小時的持久(jiu)強度大于230MPa。這(zhe)類合(he)金(jin)適于用做航空發動機渦輪葉片、導向葉片及(ji)整鑄(zhu)渦輪。

    第三類： 在950～1100℃ 使(shi)用(yong)的定向凝固柱晶(jing)(jing)和(he)(he)單(dan)晶(jing)(jing)高溫(wen)合金 這(zhe)類合金在此溫(wen)度(du)范(fan)圍內具有優(you)良的綜合性(xing)能(neng)和(he)(he)抗氧(yang)化、抗熱腐蝕性(xing)能(neng)。例如DD402單(dan)晶(jing)(jing)合金，1100℃、130MPa的應力下持久(jiu)壽命大(da)于(yu)100小時。這(zhe)是國內使(shi)用(yong)溫(wen)度(du)高的渦(wo)輪葉片(pian)材(cai)料(liao)，適用(yong)于(yu)制作新(xin)型高性(xing)能(neng)發動機(ji)的一級渦(wo)輪葉片(pian)。

    隨(sui)著精密鑄造工(gong)(gong)藝技術的(de)不(bu)斷提高(gao)，新的(de)特殊工(gong)(gong)藝也(ye)不(bu)斷出現。細晶鑄造技術、定(ding)向凝固技術、復(fu)雜薄(bo)壁結構件的(de)CA技術等都使鑄造高(gao)溫合金水平大大提高(gao)，應用范(fan)圍不(bu)斷提高(gao)。

    三(san)、粉末冶金高溫合金

    采用(yong)霧化高(gao)溫(wen)(wen)合金粉(fen)(fen)(fen)末(mo)，經熱(re)等(deng)靜壓(ya)成(cheng)型(xing)(xing)或熱(re)等(deng)靜壓(ya)后再經鍛造成(cheng)型(xing)(xing)的(de)生產工(gong)藝(yi)(yi)制造出高(gao)溫(wen)(wen)合金粉(fen)(fen)(fen)末(mo)的(de)產品。采用(yong)粉(fen)(fen)(fen)末(mo)冶(ye)金工(gong)藝(yi)(yi)，由于粉(fen)(fen)(fen)末(mo)顆粒細(xi)(xi)小(xiao)，冷卻速度(du)快，從而成(cheng)分均勻，無宏觀(guan)偏析(xi)，而且晶粒細(xi)(xi)小(xiao)，熱(re)加(jia)工(gong)性能好，金屬利(li)用(yong)率高(gao)，成(cheng)本(ben)低，尤其是(shi)合金的(de)屈(qu)服強度(du)和疲勞(lao)性能有較大的(de)提高(gao)。

    FGH95粉末(mo)冶(ye)金(jin)(jin)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)合金(jin)(jin)，650℃拉伸強度1500MPa；1034MPa應(ying)力下持久壽命大于50小時(shi)，是當前在650℃工作條件下強度水(shui)平高(gao)的(de)一(yi)種盤件粉末(mo)冶(ye)金(jin)(jin)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)合金(jin)(jin)。粉末(mo)冶(ye)金(jin)(jin)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)合金(jin)(jin)可以滿足應(ying)力水(shui)平較高(gao)的(de)發(fa)動機的(de)使用要求(qiu),是高(gao)推重比發(fa)動機渦(wo)(wo)輪盤、壓氣機盤和渦(wo)(wo)輪擋(dang)板等高(gao)溫(wen)(wen)(wen)部件的(de)選(xuan)擇材料(liao)。

    四、氧(yang)化物彌散強(qiang)化（ODS）合金

    是采用獨特的(de)(de)機械(xie)合(he)金(jin)化(MA)工藝，超細的(de)(de)(小于50nm)在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)下具有超穩定的(de)(de)氧化物(wu)彌散強化相均勻(yun)地分散于合(he)金(jin)基體中，而形成的(de)(de)一種特殊的(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)合(he)金(jin)。其合(he)金(jin)強度在(zai)接(jie)近(jin)合(he)金(jin)本身熔點的(de)(de)條件下仍可維(wei)持，具有優良的(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)蠕變性能(neng)、優越的(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)抗氧化性能(neng)、抗碳、硫腐蝕性能(neng)。

    目前(qian)已(yi)實現商業化生(sheng)產(chan)的主要有(you)三種(zhong)ODS合金：

    MA956合金 在氧化(hua)(hua)氣氛(fen)下使用溫(wen)度(du)可(ke)(ke)達(da)1350℃，居高溫(wen)合金抗氧化(hua)(hua)、抗碳、硫腐蝕之首位。可(ke)(ke)用于(yu)航空發動機燃燒室內(nei)襯。

    MA754合金 在氧化氣氛下使用(yong)(yong)溫度可(ke)達1250℃并保持相當(dang)高的高溫強(qiang)度、耐中堿(jian)玻璃(li)腐蝕。現已(yi)用(yong)(yong)于制作航空發動機導向器(qi)蓖齒環和導向葉(xie)片。

    MA6000合金 在1100℃拉伸強(qiang)度(du)為(wei)222MPa、屈服強(qiang)度(du)為(wei)192MPa；1100℃，1000小時(shi)持久強(qiang)度(du)為(wei)127MPa，居(ju)高溫合金之首(shou)位，可用于航空發動機葉片。

    五、金屬(shu)間化合物高溫材料

    金(jin)屬間化(hua)(hua)合(he)物高溫材料是近(jin)期(qi)研究(jiu)(jiu)開(kai)發的(de)(de)(de)一類(lei)有重(zhong)要(yao)應用(yong)前景的(de)(de)(de)、輕比(bi)重(zhong)高溫材料。十幾(ji)年來，對金(jin)屬間化(hua)(hua)合(he)物的(de)(de)(de)基礎性研究(jiu)(jiu)、合(he)金(jin)設(she)計(ji)、工藝流程(cheng)的(de)(de)(de)開(kai)發以(yi)及應用(yong)研究(jiu)(jiu)已經成熟(shu)，尤其在Ti-Al、Ni-Al和(he)Fe-Al系材料的(de)(de)(de)制備加(jia)工技術、韌(ren)化(hua)(hua)和(he)強化(hua)(hua)、力學(xue)性能(neng)以(yi)及應用(yong)研究(jiu)(jiu)方面(mian)取(qu)得了令人矚目的(de)(de)(de)成就。

    Ti3Al基(ji)(ji)合金(jin)（TAC-1），TiAl基(ji)(ji)合金(jin)（TAC-2）以及Ti2AlNb基(ji)(ji)合金(jin)具有低(di)密(mi)度(du)（3.8～5.8g/cm3）、高(gao)溫高(gao)強度(du)、高(gao)鋼度(du)以及優異的抗氧化、抗蠕變等(deng)優點，可以使結(jie)構件減重(zhong)35～50%。 Ni3Al基(ji)(ji)合金(jin)，MX-246具有很好(hao)的耐腐蝕、耐磨(mo)(mo)損和耐氣蝕性能，展示出極(ji)好(hao)的應用前景。Fe3Al基(ji)(ji)合金(jin)具有良好(hao)的抗氧化耐磨(mo)(mo)蝕性能，在中溫（小于600℃）有較高(gao)強度(du)，成本低(di)，是一種可以部分(fen)取(qu)代不銹鋼的新材料。

    六、環境高溫合(he)金(jin)

    在民(min)用工業的(de)很多(duo)領(ling)域，服役的(de)構件材料都(dou)處于(yu)高溫(wen)的(de)腐(fu)蝕環(huan)境中。為滿(man)足市場(chang)需要，根據材料的(de)使用環(huan)境，歸類(lei)出系列高溫(wen)合金。