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高温合金的分类及应用
上传日期:2021-09-14 浏览次数:1
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 传统的高温合金材料分类可以从基体元素类型、合金强化类型、材料形式三个方面进行。

1、按基体元素种类


   ⑴铁基高温合金


   铁基高温合金也可称为耐热合金钢。其基体为铁,加入少量的镍、铬等合金元素,耐热合金钢可根据其正常要求分为马氏体、奥氏体、珠光体、铁素体耐热钢。


   ⑵镍基高温合金


   镍基高温合金的镍含量大于一半,适用于1000℃以上的工况,采用固溶和老化工艺可大大提高镍基高温合金的抗蠕变性和抗压强度。根据对高温环境中使用的超级合金的分析,镍基超级合金的使用远远超过铁基和钴基超级合金的有用性。同时,镍基高温合金是我国生产和使用最多的高温合金之一。半个多世纪以来,航空发动机中使用的高温材料承受高温的能力已经从20世纪40年代末的750℃提高到20世纪90年代末的1200℃。应该说,这一巨大的增长也促进了铸造工艺和表面涂层的快速发展。


   ⑶钴基高温合金


   钴基高温合金以钴为基础,钴含量约占60%。同时,需要添加铬、镍等元素来提高高温合金的耐热性。尽管这种高温合金具有良好的耐热性,但由于钴资源的产量低和在各国加工困难,它没有大量使用。通常用于高温条件(600~1000℃)和长期承受极端复杂应力的高温零件,如航空发动机工作叶片、涡轮盘、燃烧室热端零件、航空发动机等。为了获得更好的耐热性,在正常条件下制备时应加入钨、钼、钛、铝和钴等元素,以保证其优异的耐热性和耐疲劳性。


   2、合金强化类型


   根据合金强化类型,高温合金可以分为固溶强化型高温合金和时效沉淀强化合金。


   ⑴固溶强化型


   所谓固溶强化型是在铁、镍或钴基高温合金中加入一些合金元素,形成单相奥氏体结构。溶质原子扭曲了固溶体基质的基质晶格,增加了固溶体中的滑动阻力并加强了它。一些溶质原子可以降低合金体系的堆垛层错能,提高位错分解的倾向,导致合金难以发生横向滑移和强化,从而达到强化高温合金的目的。


   ⑵时效沉淀强化


   所谓时效沉淀强化是指对合金工件进行固溶处理、冷塑性变形,然后置于较高温度或室温下以保持其性能的热处理工艺。例如,GH4169合金在650℃时的最大屈服强度为1000兆帕,制造叶片的合金温度可达950℃。


   3、材料成型方式


   根据材料成型方法,分为:铸造高温合金(包括普通铸造合金、单晶合金、定向合金等)。)、变形高温合金和粉末冶金高温合金(包括普通粉末冶金和氧化物弥散强化高温合金)。


   ⑴铸造高温合金


   用于通过铸造直接制备零件的合金材料称为铸造高温合金。根据合金基体的成分,可分为三种类型:铁基铸造高温合金、镍基铸造高温合金和钻基铸造高温合金。根据结晶方式,可分为4种类型:多晶铸造高温合金、定向凝固铸造高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金。


   ⑵变形高温合金


   它仍然是航空发动机中使用最广泛的材料,在国内外被广泛使用。中国变形高温合金的年产量约为美国的1/8。以GH4169合金为例,它是国内外应用最广泛的品种之一。涡轮轴发动机的螺栓、压缩机、叶轮和甩油环是我国的主要零件。随着其他合金产品的成熟,变形高温合金的使用可能会逐渐减少,但在未来几十年仍将占主导地位。


   ⑶新型高温合金


   包括粉末高温合金、ti-al金属间化合物、氧化物弥散强化高温合金、耐腐蚀高温合金、粉末冶金和纳米材料。


   (1)第三代粉末高温合金的合金化程度有所提高,使其兼顾前两代的优点,获得更高的强度和更低的损伤。粉末高温合金的生产工艺越来越成熟。今后,可以从粉体制备、热处理工艺、计算机模拟技术和双性能粉体托盘等方面进行研究。


   (2)钛铝金属间化合物已发展到第四代,并逐渐向多种微量元素和大量微量元素两个方向扩展。德国汉堡大学、日本京都大学、德国GKSS中心等开展了广泛的研究。钛铝金属间化合物现已应用于船舶、生物医学和体育用品领域。


   (3)氧化物弥散强化高温合金是粉末高温合金的一部分。正在生产和开发近20种高温合金,它们具有高高温强度和低应力系数,广泛用于燃气轮机、先进航空发动机、石化反应器等的耐热和抗氧化部件。


   (4)耐腐蚀高温合金主要用于替代耐火材料和耐热钢,应用于建筑、航空航天和航空领域。


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