高溫合金概述

1、1.1高溫合金1.1.1高溫合金及其發(fā)展概況高溫合金是指以鐵、鈷、鎳為基體，能在600℃以上溫度，一定應(yīng)力條件下適應(yīng)不同環(huán)境短時或長時使用的金屬材料。具有較高的高溫強度、塑性，良好的抗氧化、抗熱腐蝕性能，良好的熱疲勞性能，斷裂韌性，良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性。高溫合金為單一奧氏體組織，在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用的可靠性，基于上述性能特點，且高溫合金的合金化程度很高，故在英美稱之為超合金（Superalloy）。高溫合金于2

2、0世紀40年代問世，最初就是為滿足噴氣發(fā)動機對材料的耐高溫和高強度要求而研制的，高溫合金的發(fā)展與航空發(fā)動機的進步密切相關(guān)，1939年英國Mond鎳公司首先研究出Nimonic75，隨后又研究出Nimonic80合金，并在1942年成功用作渦輪氣發(fā)動機的葉片材料，此后該公司又在合金中加入硼、鋯、鈷、鉬等合金元素，相繼開發(fā)成功Nimonic80A、Nimonic90等合金，形成Nimonic合金系列。如今先進航空發(fā)動機中高溫合金用量已超過5

3、0%。此外，在航天、核工程、能源動力、交通運輸、石油化工、冶金等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。高溫合金在滿足不同使用條件中得到發(fā)展，形成各種系列的合金，除傳統(tǒng)的高溫合金外，還開發(fā)出一批高溫耐磨、高溫耐蝕的合金。高溫合金是航空發(fā)動機、火箭發(fā)動機、燃氣輪機等高溫熱端部件的不可代替的材料，由于其用途的重要性，對材料的質(zhì)量控制與檢測非常嚴格。高溫合金的基本用途仍舊是飛行器的燃氣輪發(fā)動機的高溫部分，它要占先進的發(fā)動機重量的50％以上。然而，這些材料在高溫下

4、極好的性能已使其用途遠遠超出了這一行業(yè)。除了航空部件之外，規(guī)定將這些合金用于艦船、工業(yè)、陸地發(fā)電站以及汽車用途的渦輪發(fā)動機上。具體的發(fā)動機部件包括渦輪盤、葉片、壓縮機輪、軸、燃燒室、后燃燒部件以及發(fā)動機螺栓。除了燃氣發(fā)動機行業(yè)之外，高溫合金還被選擇用于火箭發(fā)動機、宇宙、石油化工、能源生產(chǎn)、內(nèi)燃燒發(fā)動機、金屬成形(熱加工工模具)、熱處理設(shè)備、核電反應(yīng)堆和煤轉(zhuǎn)換裝置。（二）鈷基高溫合金鈷基高溫合金是以鈷作為主要成分，含有相當數(shù)量的鎳、鉻、鎢

5、和少量的鉬、鈮、鉭、鈦、鑭。偶然也還含有鐵的一類合金，與其他高溫合金不同，它不是由與基體牢固結(jié)合的有序沉淀相來強化，而是由已被固溶強化的奧氏體fcc母體和母體中分布少量碳化物組成。鑄造鈷基高溫合金卻是在很大程度上依靠碳化物強化。純鈷晶體在417℃以下是密排六方（hcp）晶體結(jié)構(gòu)，在更高溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)閒cc。為了避免鈷基合金在使用時發(fā)生這種轉(zhuǎn)變，實際上所有鈷基合金由鎳合金化，以便在室溫到熔點溫度范圍內(nèi)使組織穩(wěn)定化。鈷基合金具有平坦的斷裂應(yīng)力

6、溫度關(guān)系，但在1000℃以上卻顯示出比其他高溫下具有優(yōu)異的抗熱腐蝕性能，這可能是因為該合金含鉻量較高，這是這類合金的一個特征。鈷基合金比鎳基合金的焊接性能和抗熱疲勞性能更好。（三）鎳基高溫合金鎳基高溫合金是指在650℃1200℃范圍內(nèi)使用，以鎳為基體的奧氏體型合金。具有在使用溫度下較高的強度，優(yōu)良的抗氧化和抗腐蝕性，是應(yīng)用最廣泛的高溫合金。鎳基高溫合金廣泛地應(yīng)用于制造航空發(fā)動機、各類燃氣輪機熱部件，如渦輪部分的工作葉片、導向熱片、渦輪盤

7、和燃燒室等，由于鎳基高溫合金的工作溫度高、組織穩(wěn)定，有害相少，抗氧抗熱腐蝕性好，能在較高溫度和應(yīng)力條件下工作，因此在高溫合金中占重要地位。目前先進的發(fā)動機上鎳基高溫合金已占總量重的一半左右，不僅渦輪葉片和燃燒室，而且渦輪盤甚至壓氣機葉片也開始使用鎳基合金。鎳基高溫合金按工藝分為變形、鑄造（定向、單向、共晶）、彌散強化機械合金化，快速凝固粉末合金四類，依靠新工藝開發(fā)不僅可提高高溫合金性能，還相應(yīng)開發(fā)出多種新合金。1鎳基變形高溫合金鎳基變形