镍基高温合金性能.doc

镍基高温合金镍基高温合金是以镍为基体( 含量一般大于 50%) 在 650 ~ 1000 ℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。发展过程镍基高温合金( 以下简称镍基合金)是 30 年代后期开始研制的。英国于 1941 年首先生产出镍基合金 Nimonic 75(Ni-20Cr-) ;为了提高蠕变强度又添加铝,研制出 Nimonic 80(Ni-20Cr--) 。美国于 40 年代中期, 苏联于 40 年代后期, 中国于 50 年代中期也研制出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面:合金成分的改进和生产工艺的革新。 50 年代初, 真空熔炼技术的发展, 为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。 50 年代后期, 由于涡轮叶片工作温度的提高, 要求合金有更高的高温强度, 但是合金的强度高了, 就难以变形, 甚至不能变形, 于是采用熔模精密铸造工艺, 发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。 60 年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要, 60 年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从 40 年代初到 70 年代末大约 40 年的时间内, 镍基合金的工作温度从 700 ℃提高到 1100 ℃, 平均每年提高 10 ℃左右。镍基高温合金的发展趋势见图 1。镍基高温合金的发展趋势成分和性能镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因,一是镍基合金中可以溶解较多合金元素,且能保持较好的组织稳定性;二是可以形成共格有序的 A3 B 型金属间化合物γ'[Ni3(Al , Ti)] 相作为强化相,使合金得到有效的强化,获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度;三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素,其中 Cr 主要起抗氧化和抗腐蚀作用,其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为: 固溶强化元素, 如钨、钼、钴、铬和钒等;沉淀强化元素,如铝、钛、铌和钽;晶界强化元素,如硼、锆、镁和稀土元素等。镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。· 固溶强化型合金具有一定的高温强度,良好的抗氧化,抗热腐蚀,抗冷、热疲劳性能,并有良好的塑性和焊接性等, 可用于制造工作温度较高、承受应力不大( 每平方毫米几公斤力, 见表 1) 的部件, 如燃气轮机的燃烧室。· 沉淀强化型合金通常综合采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式,因而具有良好的高温蠕变强度、抗疲劳性能、抗氧化和抗热腐蚀性能, 可用于制作高温下承受应力较高( 每平方毫米十几公斤力以上,见表 2) 的部件,如燃气轮机的涡轮叶片、涡轮盘等(图 2)。燃气轮机涡轮零件组织镍基合金的显微组织特点及其发展情况见图 3 ,合金中除奥氏体基体外,还有在基体中弭散分布的γ' 相,在晶界上的二次碳化物和在凝固时析出的一次碳化物和硼化物等。随着合金化程度的提高,其显微组织的变化有如下趋势: γ' 相数量逐渐增多,尺寸逐渐增大,并由球状变成立方体,同一合金中出现尺寸和形态不相同的γ' 相。在铸造合金中还出现在凝固过程中形成的γ+γ' 共晶, 晶界析出不连续的颗粒状碳化物并被γ'