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第二章高温合金(Superalloys)
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一、概述
国外高温合金发展状况
1929年:英美Merica、Bedford和Pilling将少量的Ti和Al加入到80Ni-20Cr电工合金,蠕变显著强化。
1937年:德Hans von ohain涡轮喷气发动机Heinkel问世。
1939年:英研制出Whittle涡轮喷气发动机。
1939年:英Mond镍公司(国际镍公司)研制出镍基合金Nimonic 75,准备用作Whittle发动机涡轮叶片,后为Nimonic 80取代,其含铝、钛,蠕变性能比Nimonic 75高50℃。
1942年:Nimonic 80用作涡轮喷气发动机的叶片,成为最早的Ni3(A1,Ti)强化的涡轮叶片材料。此后,该公司在合金中加入硼、锆、钴、钼等合金元素,相继开发了Nimonic80A、Nimonic 90等合金,形成Nimonic合金系列。
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1932年:美国Halliwell开发了含铝、钛的弥散强化型镍基合金K42B,用以制造活塞式航空发动机的增压涡轮。
1941年:美国开始发展航空燃气涡轮。
1942年:Hastelloy B镍基合金用于GE公司的Bellp-59喷气发动机及其后的I-40喷气发动机。
1944年:西屋公司的Yan Kee19A发动机采用钴基合金HS 23精密铸造叶片。
1950年美国出兵朝鲜,由于钴的资源短缺,镍基合金得到发展并被广泛用作涡轮叶片。美国的PW公司、GE公司和特殊金属公司分别开发出了Waspalloy、M-252和Udmit 500等合金。并在这些合金发展基础上,形成了Inconel、Mar-M和Udmit等牌号系列。
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制造工艺对高温合金的发展起着极大的推进作用。
二十世纪40年代~50年代中期:
通过合金成分的调整来提高合金的性能。
二十世纪50 年代:
出现了真空熔炼技术,去除合金中有害杂质和气体,精确控制合金成分,如Mar-M200、In100和B1900等高性能的铸造高温合金。
二十世纪60年代:
定向凝固、单晶合金、粉末冶金、机械合金化、陶瓷过滤、等温锻造等新型工艺的研究开发。其中定向凝固工艺所起的作用尤为重要,采用定向凝固工艺制出的单晶合金,其使用温度接近合金熔点的90%,至今,各国先进航空发动机无不采用单晶高温合金涡轮叶片。
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我国高温合金发展历程
第一阶段, 从1956 年至20 世纪70 年代初是我国高温合金的创业和起始阶段.
在苏联专家的指导下炼出的第一炉高温合金G H 3030, 拉开了我国研制和生产的序幕。自主开发了一批新合金, 特别针对我国缺N i 少C r 的资源情况, 研制出一批铁镍基高温合金。
第二阶段, 从20 世纪70 年代中至90 年代中期,是我国高温合金的提高阶段.
经过这一阶段的工作, 不但研制成功一系列新的合金, 包括高性能变形合金、铸造合金、定向凝固及单晶合金, 而且更重要的是使我国高温合金的生产工艺技术和产品质量控制等方面上了一个新台阶, 基本达到或接近西方工业发达。
第三阶段, 从20 世纪90 年代中至今, 是我国高温合金的新发展阶段.
本阶段的特点是应用和开发出一批新工艺, 研制和生产了一系列高性能高档次的新合金.
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概念:
高温合金是指以铁、镍、钴为基,能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。
性能特点:
⑴高温合金具有较高的高温强度;
⑵良好的抗氧化和抗热腐蚀性能;
⑶良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性。
组织特点:
高温合金为单一(奥氏体)基体组织,在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用的可靠性。
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高温合金分类:
按合金基体元素种类分:
铁基高温合金:含镍量达25%~60%,又称为铁镍基合金
镍基高温合金
钴基高温合金
按合金强化类型分:
固溶强化型合金
时效沉淀强化型合金
按合金材料成形方式分:
变形高温合金:饼、棒、板、环形件、管、带和丝
铸造高温合金:普通精密铸造、定向凝固和单晶合金
粉末冶金高温合金:普通和氧化物弥散强化合金
按使用特性:
高强度合金、高屈服强度合金、抗松弛合