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                  2020/5/16
                       
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                  高溫合金歷史

                  高溫合金

                    中文名稱:

                    高溫合金

                    英文名稱:

                    superalloy

                    定義:

                    指在650°C以上溫度下具有一定力學性能和抗氧化、耐腐蝕性能的合金。目前常是鎳基、鐵基、鈷基高溫合金的統稱。

                    高溫合金在600-1200℃高溫下能承受一定應力并具有抗氧化或抗腐蝕能力的合金。

                    簡介  按基體元素主要可分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金。按制備工藝可分為變形高溫

                    高溫合金

                    合金、鑄造高溫合金和粉末冶金高溫合金。按強化方式有固溶強化型、沉淀強化型、氧化物彌散強化型和纖維強化型等。高溫合金主要用于制造航空、艦艇和工業用燃氣輪機的渦輪葉片、導向葉片、渦輪盤、高壓壓氣機盤和燃燒室等高溫部件,還用于制造航天飛行器、火箭發動機、核反應堆、石油化工設備以及煤的轉化等能源轉換裝置。

                    發展

                    發展過程從20世紀30年代后期起,英、德、美等國就開始研究高溫合金。第二次世界大戰期間,為了滿足新型航空發動機的需要,高溫合金的研究和使用進入了蓬勃發展時期。40年代初,英國首先在80Ni-20Cr合金中加入少量鋁和鈦,形成γ相以進行強化,研制成第一種具有較高的高溫強度的鎳基合金。同一時期,美國為了適應活塞式航空發動機用渦輪增壓器發展的需要,開始用Vitallium鈷基合金制作葉片。

                    此外,美國還研制出Inconel鎳基合金,用以制作噴氣發動機的燃燒室。以后,冶金學家為進一步提高合金的高溫強度,在鎳基合金中加入鎢、鉬、鈷等元素,增加鋁、鈦含量,研制出一系列牌號的合金,如英國的“Nimonic”,美國的“Mar-M”和“IN”等;在鈷基合金中,加入鎳、鎢等

                    高溫合金

                    元素,發展出多種高溫合金,如X-45、HA-188、FSX-414等。由于鈷資源缺乏,鈷基高溫合金發展受到限制。

                    40年代,鐵基高溫合金也得到了發展,50年代出現A-286和Incoloy901等牌號,但因高溫穩定性較差,從60年代以來發展較慢。蘇聯于1950年前后開始生產“ЭИ”牌號的鎳基高溫合金,后來生產“ЭП”系列變形高溫合金和ЖС系列鑄造高溫合金。中國從1956年開始試制高溫合金,逐漸形成“GH”系列的變形高溫合金和“K”系列的鑄造高溫合金。70年代美國還采用新的生產工藝制造出定向結晶葉片和粉末冶金渦輪盤,研制出單晶葉片等高溫合金部件,以適應航空發動機渦輪進口溫度不斷提高的需要。 北京融品科技有限公司提供高溫合金鍛件產品

                    提高強度

                    固溶強化

                    加入與基體金屬原子尺寸不同的元素(鉻、鎢、鉬等)引起基體金屬點陣的畸變

                    高溫合金

                    加入能降低合金基體堆垛層錯能的元素(如鈷)和加入能減緩基體元素擴散速率的元素(鎢、鉬等),以強化基體。

                    沉淀強化

                    通過時效處理,從過飽和固溶體中析出第二相(γ、γ"、碳化物等),以強化合金。γ 相與基體相同,均為面心立方結構,點陣常數與基體相近,并與晶體共格,因此γ相在基體中能呈細小顆粒狀均勻析出,阻礙位錯運動,而產生顯著的強化作用。γ 相是A3B型金屬間化合物,A代表鎳、鈷,B代表鋁、鈦、鈮、鉭、釩、鎢,而鉻、鉬、鐵既可為A又可為B。鎳基合金中典型的γ相為Ni3(Al,Ti)。γ相的強化效應可通過以下途徑得到加強:

                   ?、僭黾应孟嗟臄盗?;

                   ?、谑功孟嗯c基體有適宜的錯配度,以獲得共格畸變的強化效應;

                   ?、奂尤脞?、鉭等元素增大γ相的反相疇界能,以提高其抵抗位錯切割的能力;

                   ?、芗尤脞?、鎢、鉬等元素提高γ相的強度。γ"相為體心四方結構,其組成為Ni3Nb。因γ"相與基體的錯配度較大,能引起較大程度的共格畸變,使合金獲得很高的屈服強度。但超過700℃,強化效應便明顯降低。鈷基高溫合金一般不含γ相,而用碳化物強化。

                    晶界強化

                    在高溫下,合金的晶界是薄弱環節,加入微量的硼、鋯和稀土元素可改善晶界強度。這是因為稀土元素能凈化晶界,硼、鋯原子能填充晶界空位,降低蠕變過程中晶界擴散速率,抑制晶界碳化物的集聚和促進晶界第二相球化。另外,鑄造合金中加適量的鉿,也能改善晶界的強度和塑性。還可通過熱處理在晶界形成鏈狀分布的碳化物或造成彎曲晶界,提高塑性和強度。

                    氧化物彌散強化

                    通過粉末冶金方法,在合金中加入高溫下仍保持穩定的細小氧化物,呈彌散分布狀 態,從而獲得顯著的強化效應。通常加入的氧化物有ThO2和Y2O3等。這些氧化物是通過阻礙位錯運動和穩定位錯亞結構等因素而使合金得到強化的。



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