高溫合金知識介紹

按基體(ti) 元素主要可分為(wei) 鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金。按製備工藝可分為(wei) 變形高溫合金、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、沉澱強化型、氧化物彌散強化型和纖維強化型等。高溫合金主要用於(yu) 製造航空、艦艇和工業(ye) 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，還用於(yu) 製造航天飛行器、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。

編輯本段發展

發展過程從(cong) 20世紀30年代後期起，英、德、美等國就開始研究高溫合金。第二次世界大戰期間，為(wei) 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（gamma prime）以進行強化，研製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(wei) 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鈷基合金製作葉片。

此外，美國還研製出Inconel鎳基合金，用以製作噴氣發動機的燃燒室。以後，冶金學家為(wei) 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，研製出一係列牌號的合金，如英國的“Nimonic"，美國的“Mar-M"和“IN"等；在鈷基合金中,加入鎳、鎢等元素，發展出多種高溫合金，如X-45、HA-188、FSX-414等。由於(yu) 鈷資源缺乏，鈷基高溫合金發展受到限製。

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(cong) 60年代以來發展較慢。蘇聯於(yu) 1950年前後開始生產(chan) “ЭИ"牌號的鎳基高溫合金，後來生產(chan) “ЭП"係列變形高溫合金和ЖС係列鑄造高溫合金。中國從(cong) 1956年開始試製高溫合金，逐漸形成“GH"係列的變形高溫合金和“K"係列的鑄造高溫合金。70年代美國還采用新的生產(chan) 工藝製造出定向結晶葉片和粉末冶金渦輪盤，研製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。

編輯本段類別變形高溫合金

變形高溫合金是指可以進行熱、冷變形加工，工作溫度範圍-253～1320℃，具有良好的力學性能和綜合的強、韌性指標，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金。按其熱處理工藝可分為(wei) 固溶強化型合金和時效強化型合金。

1、固溶強化型合金

使用溫度範圍為(wei) 900～1300℃，最高抗氧化溫度達1320℃。例如GH128合金，室溫拉伸強度為(wei) 850MPa、屈服強度為(wei) 350MPa；1000℃拉伸強度為(wei) 140MPa、延伸率為(wei) 85%,1000℃、30MPa應力的持久壽命為(wei) 200小時、延伸率40%。固溶合金一般用於(yu) 製作航空、航天發動機燃燒室、機匣等部件。

2、時效強化型合金

使用溫度為(wei) -253～950℃，一般用於(yu) 製作航空、航天發動機的渦輪盤與(yu) 葉片等結構件。製作渦輪盤的合金工作溫度為(wei) -253～700℃,要求具有良好的高低溫強度和抗疲勞性能。例如：GH4169合金，在650℃的最高屈服強度達1000MPa；製作葉片的合金溫度可達950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸強度為(wei) 490MPa，940℃、200MPa的持久壽命大於(yu) 40小時。

變形高溫合金主要為(wei) 航天、航空、核能、石油民用工業(ye) 提供結構鍛件、餅材、環件、棒材、板材、管材、帶材和絲(si) 材。[1]

鑄造高溫合金

鑄造高溫合金是指可以或隻能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金。其主要特點是：

1.具有更寬的成分範圍由於(yu) 可不必兼顧其變形加工性能，合金的設計可以集中考慮優(you) 化其使用性能。如對於(yu) 鎳基高溫合金，可通過調整成分使γ’含量達60%或更高，從(cong) 而在高達合金熔點85%的溫度下，合金仍能保持優(you) 良性能。

2.具有更廣闊的應用領域由於(yu) 鑄造方法具有的特殊優(you) 點，可根據零件的使用需要，設計、製造出近終形或無餘(yu) 量的具有任意複雜結構和形狀的高溫合金鑄件。

根據鑄造合金的使用溫度，可以分為(wei) 以下三類：

第一類：在-253～650℃使用的等軸晶鑄造高溫合金這類合金在很大的範圍溫度內(nei) 具有良好的綜合性能，特別是在低溫下能保持強度和塑性均不下降。如在航空、航天發動機上用量較大的K4169合金，其650℃拉伸強度為(wei) 1000MPa、屈服強度850MPa、拉伸塑性15%；650℃，620MPa應力下的持久壽命為(wei) 200小時。已用於(yu) 製作航空發動機中的擴壓器機匣及航天發動機中各種泵用複雜結構件等。

第二類：在650～950℃使用的等軸晶鑄造高溫合金這類合金在高溫下有較高的力學性能及抗熱腐蝕性能。例如K419合金，950℃時，拉伸強度大於(yu) 700MPa、拉伸塑性大於(yu) 6%；950℃，200小時的持久強度極限大於(yu) 230MPa。這類合金適於(yu) 用做航空發動機渦輪葉片、導向葉片及整鑄渦輪。

第三類：在950～1100℃使用的定向凝固柱晶和單晶高溫合金這類合金在此溫度範圍內(nei) 具有優(you) 良的綜合性能和抗氧化、抗熱腐蝕性能。例如DD402單晶合金，1100℃、130MPa的應力下持久壽命大於(yu) 100小時。這是國內(nei) 使用溫度最高的渦輪葉片材料，適用於(yu) 製作新型高性能發動機的一級渦輪葉片。

隨著精密鑄造工藝技術的不斷提高，新的特殊工藝也不斷出現。細晶鑄造技術、定向凝固技術、複雜薄壁結構件的CA技術等都使鑄造高溫合金水平大大提高，應用範圍不斷提高。

粉末冶金高溫合金

采用霧化高溫合金粉末，經熱等靜壓成型或熱等靜壓後再經鍛造成型的生產(chan) 工藝製造出高溫合金粉末的產(chan) 品。采用粉末冶金工藝，由於(yu) 粉末顆粒細小，冷卻速度快，從(cong) 而成分均勻，無宏觀偏析，而且晶粒細小，熱加工性能好，金屬利用率高，成本低，尤其是合金的屈服強度和疲勞性能有較大的提高。