高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基,能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的一類(lèi)金屬材料;并具有較高的高溫強(qiáng)度,良好的抗氧化和抗腐蝕性能,良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。高溫合金為單一奧氏體組織,在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性。
基于上述性能特點(diǎn),且高溫合金的合金化程度較高,又被稱(chēng)為 超合金 ,是廣泛應(yīng)用于航空、航天、石油、化工、艦船的一種重要材料。按基體元素來(lái)分,高溫合金又分為鐵基、鎳基、鈷基等高溫合金。鐵基高溫合金使用溫度一般只能達(dá)到750~780℃,對(duì)于在更高溫度下使用的耐熱部件,則采用鎳基和難熔金屬為基的合金。 鎳基高溫合金在整個(gè)高溫合金領(lǐng)域占有特殊重要的地位,它廣泛地用來(lái)制造航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)最熱端部件。 高溫合金材料特性 高溫環(huán)境下材料的各種退化速度都被加速,在使用過(guò)程中易發(fā)生組織不穩(wěn)定、在溫度和應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形和裂紋長(zhǎng)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(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)。 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(guān),GH4169 基體為Ni-Gr 固溶體,含Ni 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50%以上可以承受1 000℃ 左右高溫,與美國(guó)牌號(hào)Inconel718 相似,合金由 基體相、 相、碳化物和強(qiáng)化相 '和 相組成。GH4169 合金的化學(xué)元素與基體結(jié)構(gòu)顯示了其強(qiáng)大的力學(xué)性能,屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度都優(yōu)于45 鋼數(shù)倍,塑性也要比45 鋼好。穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)和大量強(qiáng)化因子構(gòu)造了其優(yōu)良的力學(xué)性能。布魯克手持式合金光譜儀可快速分析高溫合金中的,Ni,Cr,Mo,Ti,Nb,A l,F(xiàn)e等元素的含量,只需2-5秒。手持式合金光譜儀是航空、航天材料檢測(cè)的必備工具。 2、加工難度高 高溫合金由于其復(fù)雜、惡劣的工作環(huán)境,其加工表面完整性對(duì)于其性能的發(fā)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(qiáng)化項(xiàng)硬度高,加工硬化程度嚴(yán)重,并且其具有高抗剪切應(yīng)力和低導(dǎo)熱率,切削區(qū)域的切削力和切削溫度高,在加工過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)加工表面質(zhì)量低、刀具破損非常嚴(yán)重等問(wèn)題。在一般切削條件下,高溫合金表層會(huì)產(chǎn)生硬化層、殘余應(yīng)力、白層、黑層、晶粒變形層等過(guò)大的問(wèn)題。 高溫合金主要分類(lèi) 傳統(tǒng)的劃分高溫合金材料可以根據(jù)以下3 種方式來(lái)進(jìn)行: 按基體元素種類(lèi)、合金強(qiáng)化類(lèi)型、材料成型方式來(lái)進(jìn)行劃分。 1、按基體元素種類(lèi) ⑴鐵基高溫合金 鐵基高溫合金又可稱(chēng)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。 ⑵鎳基高溫合金 鎳基高溫合金的含鎳量在一半以上,適用于1 000℃以上的工作條件,采用固溶、時(shí)效的加工過(guò)程,可以使抗蠕變性能和抗壓抗屈服強(qiáng)度大幅提升。目前就高溫環(huán)境使用的高溫合金來(lái)分析,使用鎳基高溫合金的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鐵基和鈷基高溫合金用處。同時(shí)鎳基高溫合金也是我國(guó)產(chǎn)量最大、使用量最大的一種高溫合金. 很多渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)多世紀(jì)以來(lái),航空發(fā)動(dòng)機(jī)所應(yīng)用的高溫材料承受高溫能力從20 世紀(jì)40 年代末的750℃提高到90 年代末的1 200℃應(yīng)該說(shuō),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(fā)展。 ⑶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(shí)需要加入Cr、Ni 等元素來(lái)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(gè)國(guó)家鈷資源產(chǎn)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 ~ 1 000℃) 和較長(zhǎng)時(shí)間受極限復(fù)雜應(yīng)力高溫零部件,例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作葉片、渦輪盤(pán)、燃燒室熱端部件和航天發(fā)動(dòng)機(jī)等。為了獲得更優(yōu)良的耐熱性能,一般條件下要在制備時(shí)添加元素如W、MO、Ti、Al、Co,以保證其優(yōu)越的抗熱抗疲勞性。 高溫合金主要應(yīng)用 1、航空航天領(lǐng)域 我國(guó)發(fā)展自主航空航天產(chǎn)業(yè)研制先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī),將帶來(lái)市場(chǎng)對(duì)高端和新型高溫合金的需求增加。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)被稱(chēng)為 工業(yè)之花 ,是航空工業(yè)中技術(shù)含量最高、難度最大的部件之一。作為飛機(jī)動(dòng)力裝置的航空發(fā)動(dòng)機(jī),特別重要的是金屬結(jié)構(gòu)材料要具備輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能,這幾乎是結(jié)構(gòu)材料中最高的性能要求。 高溫合金是能夠在600℃以上及一定應(yīng)力條件下長(zhǎng)期工作的金屬材料。高溫合金是為了滿足現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)材料的苛刻要求而研制的,至今已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件不可替代的一類(lèi)關(guān)鍵材料。目前,在先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)中,高溫合金用量所占比例已高達(dá)50%以上。 在現(xiàn)代先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)中,高溫合金材料用量占發(fā)動(dòng)機(jī)總量的40%~60%。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上,高溫合金主要用于燃燒室、導(dǎo)向葉片、渦輪葉片和渦輪盤(pán)四大熱段零部件;此外,還用于機(jī)匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。 2、能源領(lǐng)域 高溫合金在能源領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。煤電用高參數(shù)超超臨界發(fā)電鍋爐中,過(guò)熱器和再過(guò)熱器必須使用抗蠕變性能良好,在蒸汽側(cè)抗氧化性能和在煙氣側(cè)抗腐蝕性能優(yōu)異的高溫合金管材;在氣電用燃?xì)廨啓C(jī)中,渦輪葉片和導(dǎo)向葉片需要使用抗高溫腐蝕性能優(yōu)良和長(zhǎng)期組織穩(wěn)定的抗熱腐蝕高溫合金;在核電領(lǐng)域中,蒸汽發(fā)生器傳熱管必須選用抗溶液腐蝕性能良好的高溫合金;在煤的氣化和節(jié)能減排領(lǐng)域,廣泛采用抗高溫?zé)岣g和抗高溫磨蝕性能優(yōu)異的高溫合金;在石油和天然氣開(kāi)采,特別是深井開(kāi)采中,鉆具處于4-150 ℃的酸性環(huán)境中,加之CO2,H2S和泥沙等的存在,必須采用耐蝕耐磨高溫合金。 更多相關(guān)信息》》》 核燃料有多厲害?一個(gè)6厘米小球,能量相當(dāng)于1.5噸煤加快推進(jìn)土壤污染治理與修復(fù)技術(shù)應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目高質(zhì)量實(shí)施 8種常見(jiàn)金屬材料及表面處理工藝 美國(guó)國(guó)家科學(xué)院發(fā)布:材料有哪些研究前沿? 手持式熒光光譜儀在耐火材料中的應(yīng)用 一起學(xué)習(xí)一下汽車(chē)齒輪的拋丸強(qiáng)化