高温合金简述.ppt

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1. 高温合金简介
高温合金是指能在 600℃-1200℃高温下仍能保持设计要求正常工作的金属材料,它在高温下具有抗氧化、抗腐蚀、抗蠕变和良好的疲劳特性。
高温合金特点:
耐高温
具有较高的强度
具有良好的疲劳性质
具有较高的断裂韧度
具有良好的组织稳定性
具有较强的抗氧化抗热腐蚀性能
具有可靠的使用性能
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高温合金分类:
变形高温合金
按制造工艺铸造高温合金
粉末冶金
铁基高温合金
按合金主要元素镍基高温合金
钴基高温合金
固溶强化
按强化方式时效强化
氧化物弥散强化
晶界强化
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镍基高温合金
优点:成本低,可用于一些使用温度较低的航空航天发动机和工业燃气机的涡轮盘、导向叶片,以及一些承力件和紧固件。
缺点:组织不够稳定;抗氧化性差;工作温度较低
铁基高温合金
优点:可溶解较多的元素,具有良好的组织稳定性、高温强度和抗腐蚀性,工作温度较高。
缺点:疲劳性能稍差,塑性较低
钴基高温合金
优点:较高温度下仍具有高强度和抗热疲劳性能
缺点:中低温工作性能不如前两种高温合金
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2. 镍基高温合金
[1]。
Fig. Development of Ni-base superalloys
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镍基高温合金的基本组织类型有:奥氏体基体(高度合金化固溶体);弥散分布于基体中的碳化物或金属间化合物相,如γ′相[Ni3(Al,Ti)]和γ"相(NiNb,NiTa);或高熔点稳定化合物质点(由粉末冶金或机械合金化方法制得)[2]。。
Microstructure of super alloy GH4169
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镍元素具有独特的原子结构和稳定的晶体结构,其晶体结构从室温至熔点的温度区间内始终保持面心立方结构不变,同时,许多合金元素都可以固溶到镍基材料中进行充分的合金化,因此镍具有作为高温合金基体元素的优越属性,同时镍基高温合金中可以析出 L12结构γ′相,这是镍基高温合金中最有效的强化方式,使得镍基高温合金具有优良的综合性能。
在整个高温合金领域中,镍基高温合金占有重要的地位。与铁基和钴基高温合金相比,镍基高温合金具有更高的高温强度和组织稳定性,被广泛应用于航空发动机和工业燃气轮机的热端部件材料。在目前的先进发动机上,镍基高温合金的使用量已占发动机总重量的一半以上[3]。
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镍基高温合金的可加工性取决于决定合金耐热强度的化学元素。组成镍基合金基体成分之一的镍,并不影响可加工性。
镍基高温合金中的硼和铈起强化晶界的作用,带来了加工性的变坏。钛和铝会和镍元素形成金属γ'相-Ni3(Al、Ti),钛和铝的含量增加导致γ'强化相的增加,合金中金属间γ'相的增加提高了合金塑性变形时的抗剪切强度及金属加工过程中的切削温度。此外,合金中γ'相的增加也增加了粘附抗剪切强度和合金的抗磨蚀作用[4],从而降低了镍基高温合金的切削性能。
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3. 单晶高温合金
普通铸造多晶高温合金中和应力轴垂直的晶界是高温变形的薄弱环节,裂纹极易在此萌生并成为裂纹扩展的通道。如果晶界与应力主轴方向平行,高温下作用在晶界上的应力将会最小,从而抑制裂纹形核增加蠕变持久寿命。在这种思路下,逐渐研究出具有优异的中、高温蠕变持久强度和塑性,而且具有优异热疲劳性能的单晶高温合金。
单晶高温合金的高强度是多种强化机制和多种元素共同作用的结果。
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单晶高温合金的成分特点:
C, B, Hf从“完全去除”转为“限量使用”。
微量(~%)的Hf可以提高涂层寿命和抗氧化/腐蚀性能。
C元素具有净化合金溶液,对抗腐蚀性能也有好处。
难熔