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高温合金管是以体心四方的γ"和面心立方的γ′相沉淀强化的镍基高温合金,
在-253~700℃温度范围内具有良好的综合性能,650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位,并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能,以及良好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性,能够制造各种形状复杂的零部件,在宇航、核能、石油工业中,在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。
该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感,掌握合金中相析出和溶解规律及组织与工艺、性能间的相互关系,可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程,就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。供应的品种有锻件、锻棒、轧棒、冷轧棒、板、带、丝、管等。可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等零部件在航空上长期使用。
应用概况
制造航空和航天发动机中的各种静止件和转动件,
如盘、环件、机匣、轴、叶片、紧固件、弹性元件、燃气导管、密封元件等和焊接结构件;
制造核能工业应用的各种弹性元件和格架;制造石油和化工领域应用的零件及其他零件。
高温合金管根据铸造合金的使用温度,可以分为以下三类:
类:在-253~650℃使用的等轴晶铸造高温合金这类合金在很大的范围温度内具有良好的综合性能,特别是在低温下能保持强度和塑性均不下降。如在航空、航天发动机上用量较大的K4169合金,其650℃拉伸强度为1000MPa、屈服强度850MPa、拉伸塑性15%;650℃,620MPa应力下的持久寿命为200小时。已用于制作航空发动机中的扩压器机匣及航天发动机中各种泵用复杂结构件等。
第二类:在650~950℃使用的等轴晶铸造高温合金这类合金在高温下有较高的力学性能及抗热腐蚀性能。例如K419合金,950℃时,拉伸强度大于700MPa、拉伸塑性大于6%;950℃,200小时的持久强度极限大于230MPa。这类合金适于用做航空发动机涡轮叶片、导向叶片及整铸涡轮。
第三类:在950~1100℃使用的定向凝固柱晶和单晶高温合金这类合金在此温度范围内具有优良的综合性能和抗氧化、抗热腐蚀性能。例如DD402单晶合金,1100℃、130MPa的应力下持久寿命大于100小时。这是国内使用温度的涡轮叶片材料,适用于制作新型高性能发动机的一级涡轮叶片。
成分和性能
铁基高温合金管中的镍是形成和稳定奥氏体的主要元素,并在时效处理过程中形成Ni3(Ti、Al)沉淀强化相。铬主要用来提高抗氧化性、抗燃气腐蚀性。钼、钨用来强化固溶体。铝、钛、铌用于沉淀强化。碳、硼、锆等元素则用于强化晶界。铁基高温合金按制造工艺可分为变形高温合金和铸造高温合金,按强化方式可分为加工硬化型、固溶强化型和沉淀强化型高温合金(见金属的强化)。一些典型的铁基高温合金的成分和性能见表。组织 铁基高温合金的基体为奥氏体,主要的沉淀强化相有γ"【Ni3(Ti、Al)】和γ"(Ni3Nb)相两类。此外,还有微量碳化物、硼化物、Laves(如Fe2Mo)相和δ相等。与镍基高温合金组织相比,铁基合金中相组织较复杂,稳定性较差,容易析出η(如Ni3Ti)、σ(如FexCry)、G(如Fe6Ni16Si7)、μ(如Fe7Mo6)和Laves等有害相(见合金相)。几种典型合金的组织见。
合金的热处理
合金的热处理主要是固溶处理和时效处理,以获得合适的晶粒度,分布合理和大小适宜的强化相,有利的晶界状态,使合金具有良好的综合性能。例如,用于制造涡 件的材料,晶粒度一般在4~5级;γ"相大小约为100~500┱,均匀分布于基体;晶界有分布均匀的球化了的析出相(如碳化物、Laves相等)。
高温合金是指以铁、镍、钴为基,能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料;并具有较高的高温强度,良好的抗氧化和抗腐蚀性能,良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织,在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。
基于上述性能特点,且高温合金的合金化程度较高,又被称为“超合金”,是广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船的一种重要材料。按基体元素来分,高温合金又分为铁基、镍基、钴基等高温合金。铁基高温合金使用温度一般只能达到750~780℃,对于在更高温度下使用的耐热部件,则采用镍基和难熔金属为基的合金。 镍基高温合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位,它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机热端部件。
中文名 高温合金管 分类: 760℃、1200℃和1500℃高温材料。
应用领域: 用于航空发动机、能源领域 性质: 抗氧化和抗热腐蚀性能。
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高温合金管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。
铸造高温合金管显徽组织特征:铸造高温合金显微组织(见高温合金材料显微组织)中,除γ’ 相外,还有γ- γ’ 共晶相,一次碳化物相也比较多,沿着树枝晶间分布,有些合金还有M3B2硼化物析出。铸造高温合金热处理工艺比较简单,有些甚至不需要进行热处理就可以使用。
零件生产 铸造高温合金一般在大型真空感应炉中冶炼母合金,用失蜡精密造型法制造 壳型,然后在小型真空感应炉中重熔浇注成零件。
缺陷及 铸造件中不可避免会产生一些显微疏松,可采用热等静压处理使之减轻或,增加零件的可靠性。铸造高温合金零件的晶粒度比较大,对疲劳性能不利。通常采用表面晶粒细化法来获得零件表层的细晶。
发展方向 运用定向凝固技术可生产无横向晶界的柱状晶叶片或完全晶界的单晶叶片,使高温疲劳寿命和持久强度都有成倍提高,这是当前铸造高温合金的发展方向。
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