高溫合金材料分類的三種劃分方法
點擊次數:
更新時間:2022-01-17 09:23:01 【
關閉】
分 享:
高溫合金材料是指以鐵、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。傳統的劃分高溫合金材料可以根據基體元素種類、合金強化類型、材料成型方式來進行劃分。先分別介紹一下:
1、高溫合金材料按基體元素種類劃分為:
?、?、鐵基高溫合金:鐵基高溫合金又可稱作耐熱合金鋼。它的基體是Fe元素,加入少量的Ni、Cr等合金元素,耐熱合金鋼按其正火要求可分為馬氏體、奧氏體、珠光體、鐵素體耐熱鋼等。
?、?、鎳基高溫合金:鎳基高溫合金的含鎳量在一半以上,適用于1000℃以上的工作條件,采用固溶、時效的加工過程,可以使抗蠕變性能和抗壓抗屈服強度大幅提升。目前就高溫環境使用的高溫合金來分析,使用鎳基高溫合金的范圍遠遠超過鐵基和鈷基高溫合金用處。同時鎳基高溫合金也是我國產量最大、使用量最大的一種高溫合金.很多渦輪發動機的渦輪葉片及燃燒室,甚至渦輪增壓器也使用鎳基合金作為制備材料。半個多世紀以來,航空發動機所應用的高溫材料承受高溫能力從20世紀40年代末的750℃提高到90年代末的1200℃應該說,這一巨大提升也促使鑄造工藝加工及表面涂層等方面快速發展。
?、?、鈷基高溫合金:鈷基高溫合金是以鈷為基體,鈷含量大約占60%,同時需要加入Cr、Ni等元素來提升高溫合金的耐熱性能,雖然這種高溫合金耐熱性能較好,但由于各個國家鈷資源產量比較少,加工比較困難,因此用量不多。通常用于高溫條件(600~1000℃)和較長時間受極限復雜應力高溫零部件,例如航空發動機的工作葉片、渦輪盤、燃燒室熱端部件和航天發動機等。為了獲得更優良的耐熱性能,一般條件下要在制備時添加元素如W、MO、Ti、Al、Co,以保證其優越的抗熱抗疲勞性。
2、高溫合金材料按照合金強化類型劃分為固溶強化型高溫合金和時效沉淀強化合金。
?、?、固溶強化型:
所謂固溶強化型即添加一些合金元素到鐵、鎳或鈷基高溫合金中,形成單相奧氏體組織,溶質原子使固溶體基體點陣發生畸變,使固溶體中滑移阻力增加而強化。有些溶質原子可以降低合金系的層錯能,提高位錯分解的傾向,導致交滑移難于進行,合金被強化,達到高溫合金強化的目的。
?、?、時效沉淀強化:
所謂時效沉淀強化即合金工件經固溶處理,冷塑性變形后,在較高的溫度放置或室溫保持其性能的一種熱處理工藝。例如:GH4169合金,在650℃的最高屈服強度達1000MPa,制作葉片的合金溫度可達950℃。
3、高溫合金材料按照材料成型方式劃分有為鑄造高溫合金(包括普通鑄造合金、單晶合金、定向合金等)、變形高溫合金、粉末冶金高溫合金(包含普通粉末冶金和氧化物彌散強化高溫合金)。
?、?、鑄造高溫合金:
采用鑄造方法直接制備零部件的合金材料叫鑄造高溫合金。根據合金基體成分劃分,可以分為鐵基鑄造高溫合金、鎳基鑄造高溫合金和鉆基鑄造高溫合金3種類型。按結晶方式劃分,可以分為多晶鑄造高溫合金、定向凝固鑄造高溫合金、定向共晶鑄造高溫合金和單晶鑄造高溫合金等4種類型。
?、?、變形高溫合金:
目前仍然是航空發動機中使用最多的材料,在國內外應用都比較廣泛,我國變形高溫合金年產量約為美國的1/8。以GH4169合金為例,它是國內外應用范圍最多的一個主要品種.我國主要在渦輪軸發動機的螺栓、壓縮機及輪、甩油盤作為主要零件,隨著其他合金產品的日益成熟,變形高溫合金的使用量可能逐漸減少,但在未來數十年中仍然會是占主導地位。
?、?、新型高溫合金:
包括粉末高溫合金、鈦鋁系金屬間化合物、氧化物彌散強化高溫合金、耐蝕高溫合金、粉末冶金及納米材料等多種細分產品領域。
?、?、第三代粉末高溫合金的合金化程度提升,使其兼顧了前兩代的優點,獲得了更高的強度較低的損傷,粉末高溫合金生產工藝日趨成熟,未來可能從以下幾個方面開展:粉末制備、熱處理工藝、計算機模擬技術、雙性能粉末盤;
?、?、鈦鋁系金屬間化合物已經開發到第四代,逐步向著多元微量和大量微元這兩個方向拓展,德國的漢堡大學,日本京都大學,德國的GKSS中心等都進行了廣泛的研究,鈦鋁系金屬間化合物現已應用于船舶、生物醫用、體育用品領域;
?、?、氧化物彌散強化高溫合金是粉末高溫合金一部分,正在生產研制的有近20余種,具有較高的高溫強度和低的應力系數,廣泛的應用于燃氣輪機耐熱抗氧化部件、先進航空發動機、石油化工反應釜等;
?、?、耐蝕高溫合金主要用于替代耐火材料和耐熱鋼,應用于建筑及航天航空領域。