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        高溫合金是什么材料,牌號及分類

        本文來源: 百德 責任編輯: 發布日期:2022-02-28
        文章導讀高溫合金是指以鐵、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,具有優異的高溫強度,良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能,良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能,又被稱為“超合金,”主要應用于航空航天領域和能源領域。

        高溫合金是什么材料

        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,具有優異的高溫強度,良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能,良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能,又被稱為“超合金,”主要應用于航空航天領域和能源領域。

        高溫合金是什么材料,牌號及分類

        材料特性 

        高溫環境下材料的各種退化速度都被加速,在使用過程中易發生組織不穩定、在溫度和應力作用下產生變形和裂紋長大、材料表面的氧化腐蝕。 

        1、耐高溫、耐腐蝕 高溫合金所具有的耐高溫、耐腐蝕等性能主要取決于它的化學組成和組織結構。 以GH4169 鎳基變形高溫合金為例,可看出GH4169 合金中鈮含量高,合金中的鈮偏析成都與冶金工藝直接相關,GH4169 基體為Ni-Gr 固溶體,含Ni 質量分數在50%以上可以承受1 000℃ 左右高溫,與美國牌號Inconel718 相似,合金由γ 基體相、δ 相、碳化物和強化相γ'和γ″相組成。GH4169 合金的化學元素與基體結構顯示了其強大的力學性能,屈服強度與抗拉強度都優于45 鋼數倍,塑性也要比45 鋼好。穩定的晶格結構和大量強化因子構造了其優良的力學性能。 

        2、加工難度高 高溫合金由于其復雜、惡劣的工作環境,其加工表面完整性對于其性能的發揮具有非常重要的作用。但是高溫合金是典型難加工材料,其微觀強化項硬度高,加工硬化程度嚴重,并且其具有高抗剪切應力和低導熱率,切削區域的切削力和切削溫度高,在加工過程中經常出現加工表面質量低、刀具破損非常嚴重等問題。在一般切削條件下,高溫合金表層會產生硬化層、殘余應力、白層、黑層、晶粒變形層等過大的問題。

        高溫合金主要牌號: 

        固溶強化型鐵基合金: GH1015、GH1035、GH1040、GH1131、GH1140 

        時效硬化性鐵基合金: GH2018、GH2036、GH2038、GH2130、GH2132、GH2135、GH2136、GH2302、GH2696 

        固溶強化型鎳基合金: GH3030、GH3039、GH3044、GH3028、GH3128、GH3536、GH605,GH600 

        時效硬化型鎳基合金: GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH4133、GH4133B、GH4169、GH4145、GH4090 

         國外的高溫合金叫包含inconel系列 incoloy系列 Hastelloy系列 成分和性能 

        鎳基合金是高溫合金中應用最廣、高溫強度最高的一類合金。

        其主要原因,

        一是鎳基合金中可以溶解較多合金元素,且能保持較好的組織穩定性;

        二是可以形成共格有序的 A3B型金屬間化合物γ'[Ni3(Al,Ti)]相作為強化相,使合金得到有效的強化,獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強度;

        三是含鉻的鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗yang化和抗燃氣腐蝕能力。

        鎳基合金含有十多種元素,其中Cr主要起抗yang化和抗腐蝕作用,其他元素主要起強化作用。根據它們的強化作用方式可分為:固溶強化元素,如鎢、鉬、鈷、鉻和釩等;沉淀強化元素,如鋁、鈦、鈮和鉭;晶界強化元素,如硼、鋯、鎂和稀土元素等。 鎳基高溫合金按強化方式有固溶強化型合金和沉淀強化型合金。 固溶強化型合金 具有一定的高溫強度,良好的抗yang化,抗熱腐蝕,抗冷、熱疲勞性能,并有良好的塑性和焊接性等,可用于制造工作溫度較高、承受應力不大(每平方毫米幾公斤力)的部件,如燃氣輪機的燃燒室 沉淀強化型合金 通常綜合采用固溶強化、沉淀強化和晶界強化三種強化方式,因而具有良好的高溫蠕變強度、抗pi勞性能、抗yang化和抗熱腐蝕性能,可用于制作高溫下承受應力較高(每平方毫米十幾公斤力以上的部件,如燃氣輪機的渦輪葉片等。

        高溫合金是什么材料,牌號及分類

        高溫合金都有哪些主要分類?

        1. 具有更寬的成分范圍 由于可不必兼顧其變形加工性能,合金的設計可以集中考慮優化其使用性能。如對于鎳基高溫合金,可通過調整成分使γ’含量達60%或更高,從而在高達合金熔點85%的溫度下,合金仍能保持優良性能。 

        2. 具有更廣闊的應用領域 由于鑄造方法具有的特殊優點,可根據零件的使用需要,設計、制造出近終形或無余量的具有任意復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 這類合金在很大的范圍溫度內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1000MPa、屈服強度850MPa、拉伸塑性15%;650℃,620MPa應力下的持久壽命為200小時。已用于制作航空發動機中的擴壓器機匣及航天發動機中各種泵用復雜結構件等。 

        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,拉伸強度大于700MPa、拉伸塑性大于6%;950℃,200小時的持久強度極限大于230MPa。這類合金適于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 這類合金在此溫度范圍內具有優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于100小時。這是國內使用溫度最高的渦輪葉片材料,適用于制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、復雜薄壁結構件的CA技術等都使鑄造高溫合金水平大大提高,應用范圍不斷提高。 

        三、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后再經鍛造成型的生產工藝制造出高溫合金粉末的產品。采用粉末冶金工藝,由于粉末顆粒細小,冷卻速度快,從而成分均勻,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。 FGH95粉末冶金高溫合金,650℃拉伸強度1500MPa;1034MPa應力下持久壽命大于50小時,是當前在650℃工作條件下強度水平最高的一種盤件粉末冶金高溫合金。粉末冶金高溫合金可以滿足應力水平較高的發動機的使用要求,是高推重比發動機渦輪盤、壓氣機盤和渦輪擋板等高溫部件的選擇材料。 

        四、氧化物彌散強化(ODS)合金 是采用獨特的機械合金化(MA)工藝,超細的(小于50nm)在高溫下具有超穩定的氧化物彌散強化相均勻地分散于合金基體中,而形成的一種特殊的高溫合金。其合金強度在接近合金本身熔點的條件下仍可維持,具有優良的高溫蠕變性能、優越的高溫抗氧化性能、抗碳、硫腐蝕性能。 目前已實現商業化生產的主要有三種ODS合金: MA956合金 在氧化氣氛下使用溫度可達1350℃,居高溫合金抗氧化、抗碳、硫腐蝕之首位??捎糜诤娇瞻l動機燃燒室內襯。 MA754合金 在氧化氣氛下使用溫度可達1250℃并保持相當高的高溫強度、耐中堿玻璃腐蝕?,F已用于制作航空發動機導向器蓖齒環和導向葉片。 MA6000合金 在1100℃拉伸強度為222MPa、屈服強度為192MPa;1100℃,1000小時持久強度為127MPa,居高溫合金之首位,可用于航空發動機葉片。 

        五、金屬間化合物高溫材料 金屬間化合物高溫材料是近期研究開發的一類有重要應用前景的、輕比重高溫材料。十幾年來,對金屬間化合物的基礎性研究、合金設計、工藝流程的開發以及應用研究已經成熟,尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制備加工技術、韌化和強化、力學性能以及應用研究方面取得了令人矚目的成就。 Ti3Al基合金(TAC-1),TiAl基合金(TAC-2)以及Ti2AlNb基合金具有低密度(3.8~5.8g/cm3)、高溫高強度、高鋼度以及優異的抗氧化、抗蠕變等優點,可以使結構件減重35~50%。 Ni3Al基合金,MX-246具有很好的耐腐蝕、耐磨損和耐氣蝕性能,展示出極好的應用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蝕性能,在中溫(小于600℃)有較高強度,成本低,是一種可以部分取代不銹鋼的新材料。 

        六、環境高溫合金 在民用工業的很多領域,服役的構件材料都處于高溫的腐蝕環境中。為滿足市場需要,根據材料的使用環境,歸類出系列高溫合金。 

        1、 高溫合金母合金系列 

        2、 抗腐蝕高溫合金板、棒、絲、帶、管及鍛件 

        3、 高強度、耐腐蝕高溫合金棒材、彈簧絲、焊絲、板、帶材、鍛件 

        4、 耐玻璃腐蝕系列產品 

        5、 環境耐蝕、硬表面耐磨高溫合金系列 

        6、 特種精密鑄造零件(葉片、增壓渦輪、渦輪轉子、導向器、儀表接頭) 

        7、 玻棉生產用離心器、高溫軸及輔件 

        8、 鋼坯加熱爐用鈷基合金耐熱墊塊和滑軌 

        9、 閥門座圈 

        10、 鑄造“U”形電阻帶 

        11、 離心鑄管系列 

        12、 納米材料系列產品 

        13、 輕比重高溫結構材料 

        14、 功能材料(膨脹合金、高溫高彈性合金、恒彈性合金系列) 

        15、 生物醫學材料系列產品 

        16、 電子工程用靶材系列產品 

        17、 動力裝置噴嘴系列產品 

        18、 司太立合金耐磨片 

        19、 超高溫抗氧化腐蝕爐輥、輻射管。

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