粉末高温合金.ppt

标题:粉末高温合金
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开篇引言
粉末高温合金是20世纪60年代诞生的新一代高温合金材料,由于用精细的金属粉末作为成形材料,经过热加工处理得到的合金组织均匀、无宏观偏析、合金化程度高,而且具有屈服强度高和疲劳性能好等一系列优点,因此,很快成为高推重比航空发动机涡轮盘等关键部件的首选材料。以下我就粉末高温合金作几点介绍。
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内容导览
粉末高温合金概述
粉末高温合金的研究现状
粉末高温合金的制备方法
粉末高温合金的发展前景
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粉末高温合金概述
一、粉末高温合金的研究背景:
涡轮盘是燃气涡轮发动机关键件之一。其工作条件十分苛刻,在高温、高转速、高应力、高速气流下工作,涡轮盘各部承受不同的交变负荷,其工作状况直接影响发动机的可靠性、安全性和耐久性。航空燃气涡轮发动机的发展历史表明涡轮盘材料性能一直是制约其技术性能、可靠性及安全性的关键因素之一。随着高性能航空发动机的发展,对涡轮盘材料的性能要求越来越高越来越严格,传统的铸锻高温合金由于合金化程度的提高,铸锭偏析严重,压力加工成型困难,已难以满足要求。
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于20世纪60年代开始研发的新一代高温合金材料—粉末高温合金,利用粉末冶金工艺生产,以精细金属粉末作为成形材料,采用预合金粉末、热等静压、挤压、等温锻造、热处理等冶金方法制造成盘件。粉末高温合金解决了传统的铸锻高温合金铸锭偏析严重、热加工性能差、成形困难等问题,具有合金化程度高、晶粒细小、组织均匀、屈服强度高、疲劳性能好等优点,是现代高推重比发动机涡轮盘等关键部件的首选材料[1]。
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二、粉末高温合金的化学成分和相组成
1、粉末高温合金中涉及的化学成分
众所周知,高温合金的化学成分是非常复杂的。除杂
质元素外,一般都含有十几种合金元素。可根据它在合金中
的基本作用归纳为六个主要方面:
(1)形成面心立方元素:镍、铁、钴和锰构成高温合金
的奥氏体基体γ。
(2)表面稳定元素:铬、铝、钛、钽。铬和铝主要提高
合金抗氧化能力,钛和钽有利于抗热腐蚀。
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(3)固溶强化元素:钨、钼、铬、铌、钽和铝,溶解于
γ基体强化固溶体。
(4)金属间化合物强化元素:铝、钛、铌、钽、鉿和钨
形成金属间化合物Ni3Al、Ni3Nb、Ni3Ti等强化合金。
(5)碳化物、硼化物强化元素:碳、硼、铬、钨、钼、
钒、铌、钽、铪、锆和氮,主要形成初生和次生的各种类型
碳化物和硼化物强化合金。
(6)晶界和枝晶间强化元素:硼、铈、钇、锆和铪,这
些元素以间隙原子或第二相形式强化晶界。
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2、粉末高温合金中的相
高温合金通常采用复杂合金化, 加入大量的镍、铬、钨、铂、铌、钽、铝、钒及微量的碳、硼、铪、锆、铅等元素, 通过固溶强化、时效强化和晶界强化使合金获得足够的高温强度和其他综合性能。由于成分复杂,合金组成相也甚多。就实用的铁基、镍基、钴基合金来说,目前常见的组成相多达十余种,如碳化物, 金属间化合物,硼化物M3B2,硫化物M2SC等相。
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这些相在合金中起着不同作用, 有些是高温合金的主要强化相如γ′相,有些损害合金的强度和延性如所谓的TCP相等相。因此对合金组成相的分析包括组成相的形态、分布、数量、结构、成分及其变化规律是控制性能的重要环节。
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三、Ni基粉末高温合金的组织
高温合金从基体上主要可以分为铁基、镍基和钻基高温合金。由于镍基高温合金具有良好的综合性能,故得到了广泛的应用。镍基粉末高温合金的组织结构主要是由面心立方结构的奥氏体(基体)、γ′相( 主要强化相)和碳化物(MC、M6C、M23C6、M7C3)所组成。随着合金的发展, γ′相形成元素(Al+Ti)的含量也越来越高, γ′相的数量最高增加到65%,合金强度不断提高[2]。
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