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【知识点】高温合金分为三类材料分析及发展趋势

作者:韶欣耐磨板和托辊 日期:2022-10-07 05:03:01 点击数:

高温合金材料分为三种:760℃高温材料、1200℃高温材料和1500℃高温材料,抗拉强度大。也就是说,它是指在760--1500℃和一定的应力条件下长期工作的高温金属材料。具有优良的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。它已成为军用和民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。

根据现有理论,760℃高温材料按基体元素主要可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。按制备工艺可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末冶金高温合金。按强化方式分为固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤维强化型。高温合金主要用于航空、海军和工业燃气轮机的涡轮叶片、导叶、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等高温部件的制造,以及航空航天器的制造,火箭发动机、核反应堆、

分类

高温合金的典型组织是奥氏体基体,其上分散着碳化物、金属间化合物和其他强化相。高温合金的主要元素有铬、钴、铝、钛、镍、钼、钨等。合金元素起到稳定奥氏体基体组织、形成强化相、提高合金抗氧化性和抗腐蚀性能的作用。 . 常用的高温合金有铁基、镍基和钴基。

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铁基高温合金

铁基高温合金是由奥氏体不锈钢发展而来高铬合金简介,含有一定量的铬、镍等元素。它是在中温(600~800℃)条件下使用的重要材料,具有中温力学性能和良好的热加工塑性。合金成分比较简单,成本较低。主要用于制造航空发动机和工业燃气轮机上的涡轮盘。还可用于制作导叶、涡轮叶片、燃烧室等承重零件和紧固件灯具。另一个用途是在柴油发动机上制造废气涡轮增压器。由于沉淀强化铁基合金组织不够稳定,抗氧化性差,高温强度不足,

镍基高温合金

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它是以镍为基体(含量一般在50%以上)的高温合金,在650~1000℃范围内具有较高的强度、良好的抗氧化性和耐气体腐蚀性能。

镍基合金是高温合金中应用最广泛、高温强度最高的合金。主要原因之一是镍基合金中可以溶解更多的合金元素,并能保持良好的稳定性;二是可形成共格有序的A3B型金属间化合物)]相作为强化相,可有效强化合金,获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度;第三,高铬含量的镍基合金比铁基高温合金具有更好的性能。抗氧化和耐气体腐蚀。镍基合金含有十多种元素,其中Cr主要起抗氧化、防腐作用,其他元素主要起强化作用。按其强化方式可分为固溶强化合金和沉淀强化合金:固溶强化元素,如钨、钼、钴、铬、钒等;析出强化元素高铬合金简介,如铝、钛、铌和钽;晶界 硼、锆、镁和稀土元素等强化元素。

钴基高温合金

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钴基高温合金是钴含量为40%~65%的奥氏体高温合金。在730~1100℃有一定的高温强度,良好的抗热腐蚀和抗氧化性。用于制造工业燃气轮机和海军燃气轮机的导叶。钴基合金的发展应考虑钴的资源状况。钴是重要的战略资源,世界上大多数国家都缺乏钴,因此钴基合金的发展受到限制。

钴基合金一般含有10%~22%的镍、20%~30%的铬,以及钨、钼、钽、铌等固溶强化和碳化物形成元素。强化高温合金。钴基合金的耐热性与固溶强化元素和碳化物形成元素的含量有关。

制造工艺

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不含或含少量铝和钛的高温合金一般在电弧炉或非真空感应炉中熔炼。含铝钛高温合金在大气中熔炼时,元素烧损不易控制,气体和夹杂物进入较多,应采用真空熔炼。为了进一步降低夹杂物的含量,改善夹杂物的分布状态和铸锭的晶体结构,可以采用熔炼和二次重熔相结合的双重工艺。冶炼的主要手段有电弧炉、真空感应炉和非真空感应炉;重熔的主要手段是真空自耗炉和电渣炉。

固溶强化合金和铝钛含量低的合金锭(铝钛总量小于4.5%)可锻造方坯;铝和钛含量高的合金通常通过挤压或轧制制成坯。然后是热轧,有些产品需要进一步冷轧或冷拉。直径较大的合金锭或饼需要用液压机或快锻液压机锻造。

合金化程度高、不易变形的合金广泛用于精密铸造,如铸造涡轮叶片、导叶等。为了减少或消除铸造合金中垂直于应力轴的晶界,减少或消除气孔,近年来发展了定向结晶工艺。这一过程是在合金凝固过程中沿一个结晶方向生长晶粒,以获得没有横向晶界的平行柱状晶粒。实现定向结晶的首要工艺条件是在液相线和固相线之间建立并保持足够大的轴向温度梯度和良好的轴向散热条件。此外,为了消除所有晶界,

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粉末冶金工艺主要用于生产沉淀强化和氧化物弥散强化的高温合金。该工艺可以实现一般不变形的铸造高温合金的可塑性甚至超塑性。

综合处理的高温合金的性能与合金的组织结构密切相关,组织结构受金属热处理的控制。高温合金通常需要热处理。沉淀强化合金通常进行固溶处理和时效处理。固溶强化合金只进行固溶处理。一些合金在时效前还要经过一到两次中间处理。固溶处理的第一个目的是将第二相溶解到合金基体中,从而

时效处理过程中可以均匀析出γ和碳化物(钴基合金)等强化相,二是获得合适的晶粒尺寸,以保证高温蠕变和持久性能。

固溶处理温度一般为1040~1220℃。目前广泛使用的合金在时效处理前往往经过1050-1100℃的中间处理。中间处理的主要作用是在晶界析出碳化物和γ膜,改善晶界状态。同时,一些合金在时效处理过程中还会析出一些较大的γ相和细小的γ相,形成合理的匹配。时效处理的目的是使过饱和固溶体中均匀析出γ相或碳化物(钴基合金),以提高高温强度。时效处理温度一般为700-1000℃。

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