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高溫合金
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產(chǎn)品詳情
高溫合金
高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基,能在600℃以上的高溫及一定應力作用下長期工作的一類金屬材料;并具有較高的高溫強度,良好的抗氧化和抗腐蝕性能,良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。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)定性和使用可靠性。
基于上述性能特點,且高溫合金的合金化程度較高,又被稱為“超合金”,是廣泛應用于航空、航天、石油、化工、艦船的一種重要材料。按基體元素來分,高溫合金又分為鐵基、鎳基、鈷基等高溫合金。鐵基高溫合金使用溫度一般只能達到750~780℃,對于在更高溫度下使用的耐熱部件,則采用鎳基和難熔金屬為基的合金。 鎳基高溫合金在整個高溫合金領域占有特殊重要的地位,它廣泛地用來制造航空噴氣發(fā)動機、各種工業(yè)燃氣輪機最熱端部件。
主要分類
傳統(tǒng)的劃分高溫合金材料可以根據(jù)以下3 種方式來進行: 按基體元素種類、合金強化類型、材料成型方式來進行劃分。
1、按基體元素種類
⑴鐵基高溫合金
鐵基高溫合金又可稱作耐熱合金鋼。 它的基體是Fe 元素,加入少量的Ni、Cr 等合金元素,耐熱合金鋼按其正火要求可分為馬氏體、奧氏體、珠光體、鐵素體耐熱鋼等。
⑵鎳基高溫合金
鎳基高溫合金的含鎳量在一半以上,適用于1 000℃以上的工作條件,采用固溶、時效的加工過程,可以使抗蠕變性能和抗壓抗屈服強度大幅提升。目前就高溫環(huán)境使用的高溫合金來分析,使用鎳基高溫合金的范圍遠遠超過鐵基和鈷基高溫合金用處。同時鎳基高溫合金也是我國產(chǎn)量最大、使用量最大的一種高溫合金. 很多渦輪發(fā)動機的渦輪葉片及燃燒室,甚至渦輪增壓器也使用鎳基合金作為制備材料。半個多世紀以來,航空發(fā)動機所應用的高溫材料承受高溫能力從20 世紀40 年代末的750℃提高到90 年代末的1 200℃應該說,這一巨大提升也促使鑄造工藝加工及表面涂層等方面快速發(fā)展。
⑶鈷基高溫合金
鈷基高溫合金是以鈷為基體,鈷含量大約占60%,同時需要加入Cr、Ni 等元素來提升高溫合金的耐熱性能,雖然這種高溫合金耐熱性能較好,但由于各個國家鈷資源產(chǎn)量比較少,加工比較困難,因此用量不多。通常用于高溫條件( 600 ~ 1 000℃) 和較長時間受極限復雜應力高溫零部件,例如航空發(fā)動機的工作葉片、渦輪盤、燃燒室熱端部件和航天發(fā)動機等。為了獲得更優(yōu)良的耐熱性能,一般條件下要在制備時添加元素如W、MO、Ti、Al、Co,以保證其優(yōu)越的抗熱抗疲勞性。
2、合金強化類型
根據(jù)合金強化類型,高溫合金可以分為固溶強化型高溫合金和時效沉淀強化合金。
⑴固溶強化型
所謂固溶強化型即添加一些合金元素到鐵、鎳或鈷基高溫合金中,形成單相奧氏體組織,溶質原子使固溶體基體點陣發(fā)生畸變,使固溶體中滑移阻力增加而強化。有些溶質原子可以降低合金系的層錯能,提高位錯分解的傾向,導致交滑移難于進行,合金被強化,達到高溫合金強化的目的。
⑵時效沉淀強化
所謂時效沉淀強化即合金工件經(jīng)固溶處理,冷塑性變形后,在較高的溫度放置或室溫保持其性能的一種熱處理工藝。例如:GH4169 合金,在650℃的最高屈服強度達1 000 MPa,制作葉片的合金溫度可達950℃。
3、材料成型方式
通過材料成型方式劃分有:鑄造高溫合金( 包括普通鑄造合金、單晶合金、定向合金等) 、變形高溫合金、粉末冶金高溫合金( 包含普通粉末冶金和氧化物彌散強化高溫合金)。
⑴鑄造高溫合金
采用鑄造方法直接制備零部件的合金材料叫鑄造高溫合金。根據(jù)合金基體成分劃分,可以分為鐵基鑄造高溫合金、鎳基鑄造高溫合金和鉆基鑄造高溫合金3 種類型。按結晶方式劃分,可以分為多晶鑄造高溫合金、定向凝固鑄造高溫合金、定向共晶鑄造高溫合金和單晶鑄造高溫合金等4 種類型。
⑵變形高溫合金
目前仍然是航空發(fā)動機中使用最多的材料,在國內外應用都比較廣泛,我國變形高溫合金年產(chǎn)量約為美國的1 /8 [2] 。以GH4169 合金為例,它是國內外應用范圍最多的一個主要品種. 我國主要在渦輪軸發(fā)動機的螺栓、壓縮機及輪、甩油盤作為主要零件,隨著其他合金產(chǎn)品的日益成熟,變形高溫合金的使用量可能逐漸減少,但在未來數(shù)十年中仍然會是占主導地位。
⑶新型高溫合金
包括粉末高溫合金、鈦鋁系金屬間化合物、氧化物彌散強化高溫合金、耐蝕高溫合金、粉末冶金及納米材料等多種細分產(chǎn)品領域.
①第三代粉末高溫合金的合金化程度提升,使其兼顧了前兩代的優(yōu)點,獲得了更高的強度較低的損傷,粉末高溫合金生產(chǎn)工藝日趨成熟,未來可能從以下幾個方面開展: 粉末制備、熱處理工藝、計算機模擬技術、雙性能粉末盤;
②鈦鋁系金屬間化合物已經(jīng)開發(fā)到第四代,逐步向著多元微量和大量微元這兩個方向拓展,德國的漢堡大學,日本京都大學,德國的GKSS 中心等都進行了廣泛的研究,鈦鋁系金屬間化合物現(xiàn)已應用于船舶、生物醫(yī)用、體育用品領域;
③氧化物彌散強化高溫合金是粉末高溫合金一部分,正在生產(chǎn)研制的有近20 余種,具有較高的高溫強度和低的應力系數(shù),廣泛的應用于燃氣輪機耐熱抗氧化部件、先進航空發(fā)動機、石油化工反應釜等;
④耐蝕高溫合金主要用于替代耐火材料和耐熱鋼,應用于建筑及航天航空領域。
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