镍基高温合金

高温合金1高温合金材料(superalloymaterial)•一般指在600℃以上承受一定应力条件下工作的合金材料。它不但有良好的高温抗氧化和抗腐蚀能力，而且有较高的高温强度、蠕变强度和持久性能以及良好的抗疲劳性能。它是现代航空发动机、航天器和火箭发动机以及舰艇和工业燃气轮机的关键热端部件材料（如涡轮叶片、导向器叶片、涡轮盘、燃烧室和机匣等），也是核反应堆、化工设备、煤转化技术等方面需要的重要高温结构材料。高温合金汽车增压器喷嘴环叶片燃气轮机涡轮零件2分类•高温合金材料按制造工艺，可分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金和发散冷却高温合金。•按合金基体元素，可分为铁基、镍基和钴基高温合金，使用最广的是镍基高温合金，其高温持久强度最高，钴基高温合金次之，铁基高温合金最低。•按强化方式，可分为固溶强化高温合金、时效强化高温合金和氧化物弥散强化高温合金。•按主要用途又可分为板材合金、棒材合金和盘材合金。3镍基变形高温合金(wroughtnickel-basesuperalloy)•以镍为主要基体成分的变形高温合金。镍基变形高温合金以汉语拼音字母“GH”加序号表示，如GH36、GH49、GH141等。它可采用常规的锻、轧和挤压等冷、热变形手段加工成材。•按强化方式可分为固溶强化镍基变形高温合金，弱时效强化镍基变形高温合金和强时效强化镍基变形高温合金3类。•用途：镍基变形高温合金广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机的热端部件，如工作叶片，导向叶片、涡轮盘和燃烧室等。高温合金（GH132、GH145、GH169）GH3039等高温合金系列•合金元素的作用：•铬在镍基变形高温合金中的主要作用：增加抗氧化及耐蚀能力。•20世纪40～50年代发展的镍基变形高温合金中铬含量高达18%～20%，在60年代，为了提高高温强度，将铬含量降低到8%～12%。过度降铬有损抗氧化、耐蚀能力。•固溶强化镍基变形高温合金中加入较多的钨、钼、钴等元素。•弱时效强化镍基变形高温合金可添加一定量的铝、钛、铌等时效强化元素。•强时效强化镍基变形高温合金中则可以加入多量的铝、钛、铌元素，但其总量不能超过7.5%。也加入硼、铈、镁等晶界强化元素。组织特点：主要的强化相是γ´(Ni3Al)相，含量达20%～55%左右。另一类强化相是γ″(Ni3Nb)相，在700℃以下对强度的贡献远大于γ´相，特别显著地提高屈服强度，是涡轮盘材料中有名的强化相。加工方法：变形高温合金塑性较低，变形抗力大，特别是含γ´相很高的强时效强化镍基变形高温合金，使用普通的热加工手段变形有一定困难，往往需采取一些特殊的加工工艺，如钢锭直接轧制、钢锭包套直接轧制和包套镦饼等新工艺。也采用加镁微合金化和弯曲晶界热处理工艺来提高塑性。4镍基铸造高温合金（castnickel-basesuperalloy）•以镍为主要成分的铸造高温合金，以“K”加序号表示，如K1、K2等。•随着使用温度和强度的提高，高温合金的合金化程度越来越高，热加工成形越来越困难，必须采用铸造工艺进行生产。另外，采用冷却技术的空心叶片的内部复杂型腔，只能采用精密铸造工艺才能生产。这样，镍基变形高温合金就转化为镍基铸造高温合金。添加元素及作用：镍基铸造高温合金以γ相为基体，添加铝、钛、铌、钽等形成γ´相进行强化，γ´相数量较多，有的合金高达60%；加入钴能提高γ´相的溶解温度，提高合金的使用温度；钼、钨、铬具有强化固溶体的作用，铬、钼、钽还能形成一系列对晶界产生强化作用的碳化物；铝和铬有助于抗氧化能力，但铬降低γ´相的溶解度和高温强度，因此铬含量应低些；铪：改善合金中温塑性和强度；为了强化晶界，添加适量硼、锆等元素。•缺点及克服方法（1）疲劳性能稍差、塑性较低、使用中组织稳定性有所下降；（2）存在疏松，性能波动较大。•为了减轻这些缺点，1968年在美国首先研制了高硼低碳镍基铸造高温合金。在镍基铸造高温合金其他元素不变的情况下，将硼含量提高10～20倍，碳含量下降到0.01%～0.03%，而使合金的强度和塑性提高、疏松减少，提高了组织长期稳定性等。这类合金已在美国获得实际应用。•应用镍基铸造高温合金用于飞机、船舶、工业和车辆用燃气轮机的最关键的高温部件，如涡轮机叶片、导向叶片和整体涡轮等。