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一、高溫合金的概念、原理和分類

高溫合金一般是指能在600~1200℃的高溫下抗癢化、抗腐蝕、抗蠕變，并能在較高的機(jī)械應(yīng)力效果下長期作業(yè)的合金資料。

高溫合金強(qiáng)調(diào)的不是耐受溫度指標(biāo)，耐受溫度比高溫合金高的資料有很多，比如難熔合金、陶瓷及碳碳復(fù)合資料等。高溫合金底子的特性在于必定溫度下所具有的高強(qiáng)度。以一般的修建用鋼材為例，t型螺紋刀，它在室溫下強(qiáng)度-，但在修建焚燒時強(qiáng)度會急劇下降，從而導(dǎo)致修建坍塌。高溫合金的長處是，在600~1200℃的高溫下，它仍然能堅持-的強(qiáng)度和硬度以接受較高的載荷。因而俄羅斯將其稱為熱強(qiáng)合金，而歐美稱之為超合金（superalloy）。

一般鋼材含有十多種化學(xué)元素，而高溫合金一般含有-30-40種元素，高溫合金之所以能在高溫下堅持較高的強(qiáng)度和硬度首要原因在于這些元素在安排中發(fā)揮著強(qiáng)化金屬功能的效果。

高溫合金的分類有多種：1）按制造工藝分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末高溫冶金三類。2）按合金的首要元素分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金三類。3）按強(qiáng)化辦法分為固溶強(qiáng)化、時效強(qiáng)化、氧化物彌散強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化等。

以工藝分類來看，變形高溫合金運(yùn)用規(guī)劃廣，占比達(dá)70%，其次是鑄造高溫合金，占比20%。以合金首要元素來看，鎳基高溫合金運(yùn)用規(guī)劃廣，占比達(dá)80%，其次為鎳-鐵基，占比14.3%，鈷基占比少，占比5.7%。

二、高溫合金展開進(jìn)程及概略

高溫合金早誕生于20世紀(jì)初期的美國，被用作車站的防腐支架。從開端，高溫合金的研發(fā)進(jìn)入了高速展開時期，鎳基高溫合金、鈷基高溫合金、鐵基高溫合金紛紛研發(fā)成功，并大量運(yùn)用。現(xiàn)在鎳基高溫合金是現(xiàn)代航空發(fā)起機(jī)、航天器和火箭發(fā)起機(jī)以及艦船和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的要害熱端部件資料（如渦輪葉片、導(dǎo)向器葉片、渦-、焚燒室等），也是-堆、化工設(shè)備、煤轉(zhuǎn)化技能等方面需求的重要高溫結(jié)構(gòu)資料。

高溫合金的展開首要閱歷了幾個階段：二十世紀(jì)40時代以前提出概念，40-50時代實現(xiàn)在噴氣發(fā)起機(jī)的運(yùn)用，50-60時代在真空熔煉技能取得重大進(jìn)展，60-70時代會集在合金化方面，70時代后首要在工藝研討方面，定向凝結(jié)、單晶合金、粉末冶金、機(jī)械合金化和陶瓷過濾等新工藝成為高溫合金展開的首要動力，其間定向凝結(jié)工藝制備的單晶合金尤為重要，在航空發(fā)起機(jī)渦輪葉片中運(yùn)用尤為廣泛。二十世紀(jì)80時代以來，-廣泛展開數(shù)值模仿研討，取得了重要進(jìn)展，并在此基礎(chǔ)上展開了顯微安排及冶金缺點猜測研討。

三、鎳基高溫合金

在整個高溫合金領(lǐng)域中，鎳基高溫合金占有-重要的-，與鐵基和鈷基合金比較，鎳基合金具有-的高溫功能、-的抗癢化和抗腐蝕功能。鎳基高溫合金是高溫合金中運(yùn)用廣、高溫強(qiáng)度蕞高的一類合金。其首要原因，一是鎳基合金中能夠溶解較多合金元素，且能堅持較好的安排安穩(wěn)性；二是能夠構(gòu)成共格有序的a3b型金屬間化合物[ni3(al，ti)]相作為強(qiáng)化相，使合金得到有用強(qiáng)化，獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強(qiáng)度；三是含鉻的鎳基高溫合金具有比鐵基高溫合金-的抗癢化和抗燃?xì)飧�蝕才能。能夠說，鎳基高溫合金的展開決定了航空渦輪發(fā)起機(jī)的展開，也決定了航空工業(yè)的展開。選用定向凝結(jié)技能制備出的鎳基單晶合金，其運(yùn)用溫度已接近合金熔點的90%，成為今世-航空發(fā)起機(jī)熱端部件不行替代的重要結(jié)構(gòu)資料。

鎳基高溫合金含有十多種元素，增加合金元素對高溫合金的功能起要害的效果。以鑄造鎳基高溫合金為例，鑄造鎳基高溫合金以γ相為基體，增加鋁、鈦、鈮、鉭等構(gòu)成γ’相進(jìn)行強(qiáng)化，γ’相數(shù)量較多，有的合金-60%；參加鈷元素能前進(jìn)γ’相溶解溫度，前進(jìn)合金的運(yùn)用溫度；鉬、鎢、鉻具有強(qiáng)化固溶體的效果，鉻、鉬、鉭還能構(gòu)成一系列對晶界發(fā)生強(qiáng)化效果的碳化物；鋁、鉻有助于抗癢化才能，但鉻下降γ’相的溶解度和高溫強(qiáng)度，因而鉻含量應(yīng)低些；鉿改進(jìn)合金中溫塑性和強(qiáng)度；為了強(qiáng)化晶界，增加適量的硼、鋯等元素。研討標(biāo)明，gmr235鑄態(tài)合金的含碳量為0.18%時，高溫耐久壽數(shù)和抗拉強(qiáng)度蕞大，且具有較好的塑性，增加硼和鋯的合金耐久性明顯改進(jìn)，合金的枝晶距離削減，碳化物的析出量削減且碳化物顆粒細(xì)化，從而改進(jìn)各方面功能。

鎳基高溫合金是20世紀(jì)30時代后期開端研發(fā)的。英國于1941年首先出產(chǎn)出鎳基高溫合金nimonic75；為了前進(jìn)蠕變性又增加了鋁，研發(fā)出nimonic80。美國于40時代中期，蘇聯(lián)于40時代后期，我國于50時代中期也研發(fā)出鎳基合金。

鎳基合金的展開包含兩個方面：合金成分的改進(jìn)和出產(chǎn)工藝的改造。50時代初，真空熔煉技能的展開，為煉制含高鋁和鈦的鎳基合金創(chuàng)造了條件。初期的鎳基合金大都是變形合金。50時代后期，因為渦輪葉片作業(yè)溫度的前進(jìn)，要求合金有更高的高溫溫度，可是合金的強(qiáng)度高了，就難以變形，乃至不能變形，于是選用熔模精細(xì)鑄造工藝，展開出一系列具有-高溫強(qiáng)度的鑄造合金。60時代中期展開出功能-的定向結(jié)晶和單晶高溫合金以及粉末冶金高溫合金。為了滿意艦船和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的需求，60時代以來還展開出一批抗熱腐蝕功能較好、安排安穩(wěn)的高鉻鎳基合金。在從40時代初到70時代末大約40年的時間內(nèi)，鎳基合金的作業(yè)溫度從700℃前進(jìn)到1100℃，平均每年前進(jìn)10°c左右。

鎳基高溫合金按照制造工藝，可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金、粉末冶金高溫合金。

3.1 變形高溫合金

變形高溫合金是高溫合金中運(yùn)用廣的一類，占比到達(dá)70%。變形高溫合金首要選用常規(guī)的鍛、軋和揉捏等冷、熱變形手段加工成材。我國鎳基變形高溫合金以拼音字母gh加序號表明，如gh4169、gh141等。

變形高溫合金塑性較低，變形抗力大，運(yùn)用一般的熱加工手段變形有必定困難，因而需求采納鋼錠直接軋制、鋼錠包套直接軋制和包套墩餅等新工藝來加工，也選用加鎂微合金化和彎曲晶界熱處理工藝來前進(jìn)塑性。

變形高溫合金在航空發(fā)起機(jī)中至今仍然是首要用材。其間gh4169在我國航空發(fā)起機(jī)中已得到廣泛運(yùn)用，被稱為高溫合金中的。其材質(zhì)水平和加工工藝水平近年來得到明顯前進(jìn)。gh4169合金的冶金產(chǎn)品有不同標(biāo)準(zhǔn)的鍛棒、熱軋棒、冷拉棒、板、帶、絲、管和鍛件，制造的零件有各類盤、轉(zhuǎn)子、環(huán)、機(jī)匣、軸、緊固件、彈性元件、阻尼元件等。

3.2 鑄造高溫合金

跟著運(yùn)用溫度和強(qiáng)度的前進(jìn)，高溫合金的合金化程度越來越高，熱加工成形越來越困難，必須選用鑄造工藝進(jìn)行出產(chǎn)。另外，選用冷卻技能的空心葉片的內(nèi)部雜亂型腔，只能選用精細(xì)鑄造工藝才能出產(chǎn)，因而鎳基鑄造高溫合金在實際出產(chǎn)運(yùn)用中不行缺少。鑄造高溫合金運(yùn)用也較為廣泛，占比約20%。國內(nèi)的鑄造高溫合金以“k”加序號表明，如k1、k2等。

按結(jié)晶辦法，鑄造高溫合金又能夠分為多晶鑄造高溫合金、定向凝結(jié)鑄造高溫合金、定向共晶鑄造高溫合金和單晶鑄造高溫合金等4種類型。鑄造高溫合金的特點是：1）具有更寬的成分規(guī)劃。因為不用統(tǒng)籌變形加工功能，合金的規(guī)劃能夠會集考慮優(yōu)化其運(yùn)用功能。2）具有更廣闊的運(yùn)用領(lǐng)域。因為鑄造辦法具有的-長處，可依據(jù)零件的運(yùn)用需求，規(guī)劃、制造出近終型或無余量的具有任意雜亂結(jié)構(gòu)和形狀的高溫合金鑄件。