高溫合金鋼的分類
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高溫合金出廠狀態(tài)、相關(guān)參數(shù)和注意事項
簡介
按基體元素主要可分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金。按制備工藝可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末冶金高溫合金。按強(qiáng)化方式有固溶強(qiáng)化型、沉淀強(qiáng)化型、氧化物彌散強(qiáng)化型和纖維強(qiáng)化型等。高溫合金主要用于制造航空、艦艇和工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片、導(dǎo)向葉片、渦輪盤、高壓壓氣機(jī)盤和燃燒室等高溫部件,還用于制造航天飛行器、火箭發(fā)動機(jī)、核反應(yīng)堆、石油化工設(shè)備以及煤的轉(zhuǎn)化等能源轉(zhuǎn)換裝置。
發(fā)展
發(fā)展過程從20世紀(jì)30年代后期起,英、德、美等國就開始研究高溫合金。第二次世界大戰(zhàn)期間,為了滿足新型航空發(fā)動機(jī)的需要,高溫合金的研究和使用進(jìn)入了蓬勃發(fā)展時期。40年代初,英國首先在80Ni-20Cr合金中加入少量鋁和鈦,形成γ‘相(gammaprime)以進(jìn)行強(qiáng)化,研制成種具有較高的高溫強(qiáng)度的鎳基合金。同一時期,美國為了適應(yīng)活塞式航空發(fā)動機(jī)用渦輪增壓器發(fā)展的需要,開始用Vitallium鈷基合金制作葉片。
此外,美國還研制出Inconel鎳基合金,用以制作噴氣發(fā)動機(jī)的燃燒室。以后,冶金學(xué)家為進(jìn)一步提高合金的高溫強(qiáng)度,在鎳基合金中加入鎢、鉬、鈷等元素,增加鋁、鈦含量,研制出一系列牌號的合金,如英國的“Nimonic”,美國的“Mar-M”和“IN”等;在鈷基合金中,加入鎳供應(yīng)20crmnti合金鋼、鎢等元素,發(fā)展出多種高溫合金,如X-45、HA-188、FSX-414等。由于鈷資源缺乏,鈷基高溫合金發(fā)展受到限制。
40年代,鐵基高溫合金也得到了發(fā)展,50年代出現(xiàn)A-286和Incoloy901等牌號,但因高溫穩(wěn)定性較差鈷鉻合金鋼牙,從60年代以來發(fā)展較慢。蘇聯(lián)于1950年前后開始生產(chǎn)“ЭИ”牌號的鎳基高溫合金,后來生產(chǎn)“ЭП”系列變形高溫合金和ЖС系列鑄造高溫合金鈷基高溫合金。中國從1956年開始試制高溫合金,逐漸形成“GH”系列的變形高溫合金和“冠縣清水軸承鋼價格K”系列的鑄造高溫合金。70年代美國還采用新的生產(chǎn)工藝制造出定向結(jié)晶葉片和粉末冶渦輪盤,研制出單晶葉片等高溫合金部件,以適應(yīng)航空發(fā)動機(jī)渦輪進(jìn)口溫度不斷提高的需要。
提高強(qiáng)度
固溶強(qiáng)化
加入與基體金屬原子尺寸不同的元素(鉻、鎢、鉬等)引起基體金屬點陣的畸變,加入能降低合金基體
堆垛層錯能的元素(如鈷)和加入能減緩基體元素擴(kuò)散速率的元素(鎢、鉬等),以強(qiáng)化基體。
沉淀強(qiáng)化
通過時效處理,從過飽和固溶體中析出第二相(γ’、γ"、碳化物等),以強(qiáng)化合金。γ‘相與基體相同,均為面心立方結(jié)構(gòu),點陣常數(shù)與基體相近,并與晶體共格,因此γ相在基體中能呈細(xì)小顆粒狀均勻析出,阻礙位錯運動,而產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用。γ’相是A3B型金屬間化合物,A代表鎳、鈷,B代表鋁、鈦、鈮、鉭、釩、鎢,而鉻、鉬、鐵既可為A又可為B。鎳基合金中典型的γ‘相為Ni3(Al,Ti)。γ’相的
強(qiáng)化效應(yīng)可通過以下途徑得到加強(qiáng):
①增加γ‘相的數(shù)量;
②使γ’相與基體有適宜的錯配度,以獲得共格畸變的強(qiáng)化效應(yīng);
?、奂尤脞墶g等元素增大γ’相的反相疇界能,以提高其抵抗位錯切割的能高溫合金力;
?、芗尤脞?、鎢、鉬等元素提高γ‘相的強(qiáng)度。γ"相為體心四方結(jié)構(gòu),其組成為Ni3Nb。因γ"相與基
體的錯配度較大,能引起較大程度的共格畸變,使合金獲得很高的屈服強(qiáng)度。但超過700℃,強(qiáng)化效應(yīng)便明
顯降低。鈷基高溫合金一般不含γ相,而用碳化物強(qiáng)化。
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