高温合金
一、高温合金的概念、原理和分类
高温合金一般是指能在600~1200℃的高温下抗痒化、抗腐蚀、抗蠕变，并能在较高的机械应力效果下长期作业的合金资料。
高温合金强调的不是耐受温度指标，耐受温度比高温合金高的资料有很多，比如难熔合金、陶瓷及碳碳复合资料等。高温合金底子的特性在于必定温度下所具有的高强度。以一般的修建用钢材为例，它在室温下强度
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高温合金
一、高温合金的概念、原理和分类
高温合金一般是指能在600~1200℃的高温下抗痒化、抗腐蚀、抗蠕变，并能在较高的机械应力效果下长期作业的合金资料。
高温合金强调的不是耐受温度指标，耐受温度比高温合金高的资料有很多，比如难熔合金、陶瓷及碳碳复合资料等。高温合金底子的特性在于必定温度下所具有的高强度。以一般的修建用钢材为例，它在室温下强度很高，但在修建焚烧时强度会急剧下降，从而导致修建坍塌。高温合金的长处是，在600~1200℃的高温下，它仍然能坚持极高的强度和硬度以接受较高的载荷。因而俄罗斯将其称为热强合金，而欧美称之为超合金（superalloy）。
一般钢材含有十多种化学元素，而高温合金一般含有超越30-40种元素，高温合金之所以能在高温下坚持较高的强度和硬度首要原因在于这些元素在安排中发挥着强化金属功能的效果。
高温合金的分类有多种：1）按制造工艺分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温冶金三类。2）按合金的首要元素分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金三类。3）按强化办法分为固溶强化、时效强化、氧化物弥散强化和晶界强化等。
以工艺分类来看，变形高温合金运用规划广，占比达70%，其次是铸造高温合金，占比20%。以合金首要元素来看，镍基高温合金运用规划广，占比达80%，其次为镍-铁基，占比14.3%，钴基占比少，占比5.7%。
二、高温合金展开进程及概略
高温合金早诞生于20世纪初期的美国，被用作车站的防腐支架。从开端，高温合金的研发进入了高速展开时期，镍基高温合金、钴基高温合金、铁基高温合金纷纷研发成功，并大量运用。现在镍基高温合金是现代航空发起机、航天器和火箭发起机以及舰船和工业燃气轮机的要害热端部件资料（如涡轮叶片、导向器叶片、涡轮盘、焚烧室等），也是核反应堆、化工设备、煤转化技能等方面需求的重要高温结构资料。
高温合金的展开首要阅历了几个阶段：二十世纪40时代以前提出概念，40-50时代实现在喷气发起机的运用，50-60时代在真空熔炼技能取得重大进展，60-70时代会集在合金化方面，70时代后首要在工艺研讨方面，定向凝结、单晶合金、粉末冶金、机械合金化和陶瓷过滤等新工艺成为高温合金展开的首要动力，其间定向凝结工艺制备的单晶合金尤为重要，在航空发起机涡轮叶片中运用尤为广泛。二十世纪80时代以来，国内外广泛展开数值模仿研讨，取得了重要进展，并在此基础上展开了显微安排及冶金缺点猜测研讨。
三、镍基高温合金
在整个高温合金领域中，镍基高温合金占有特别重要的地位，与铁基和钴基合金比较，镍基合金具有更好的高温功能、良好的抗痒化和抗腐蚀功能。镍基高温合金是高温合金中运用广、高温强度蕞高的一类合金。其首要原因，一是镍基合金中能够溶解较多合金元素，且能坚持较好的安排安稳性；二是能够构成共格有序的A3B型金属间化合物[Ni3(Al,Ti)]相作为强化相，使合金得到有用强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基高温合金具有比铁基高温合金更好的抗痒化和抗燃气腐蚀才能。能够说，镍基高温合金的展开决定了航空涡轮发起机的展开，也决定了航空工业的展开。选用定向凝结技能制备出的镍基单晶合金，其运用温度已接近合金熔点的90%，成为今世航空发起机热端部件不行替代的重要结构资料。
镍基高温合金含有十多种元素，增加合金元素对高温合金的功能起要害的效果。以铸造镍基高温合金为例，铸造镍基高温合金以γ相为基体，增加铝、钛、铌、钽等构成γ’相进行强化，γ’相数量较多，有的合金高达60%；参加钴元素能前进γ’相溶解温度，前进合金的运用温度；钼、钨、铬具有强化固溶体的效果，铬、钼、钽还能构成一系列对晶界发生强化效果的碳化物；铝、铬有助于抗痒化才能，但铬下降γ’相的溶解度和高温强度，因而铬含量应低些；铪改进合金中温塑性和强度；为了强化晶界，增加适量的硼、锆等元素。研讨标明，GMR235铸态合金的含碳量为0.18%时，高温耐久寿数和抗拉强度蕞大，且具有较好的塑性，增加硼和锆的合金耐久性明显改进，合金的枝晶距离削减，碳化物的析出量削减且碳化物颗粒细化，从而改进各方面功能。
镍基高温合金是20世纪30时代后期开端研发的。英国于1941年首先出产出镍基高温合金Nimonic75；为了前进蠕变性又增加了铝，研发出Nimonic80。美国于40时代中期，苏联于40时代后期，我国于50时代中期也研发出镍基合金。
镍基合金的展开包含两个方面：合金成分的改进和出产工艺的改造。50时代初，真空熔炼技能的展开，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时代后期，因为涡轮叶片作业温度的前进，要求合金有更高的高温温度，可是合金的强度高了，就难以变形，乃至不能变形，于是选用熔模精细铸造工艺，展开出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60时代中期展开出功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。为了满意舰船和工业燃气轮机的需求，60时代以来还展开出一批抗热腐蚀功能较好、安排安稳的高铬镍基合金。在从40时代初到70时代末大约40年的时间内，镍基合金的作业温度从700℃前进到1100℃，平均每年前进10°C左右。
镍基高温合金按照制造工艺，可分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金。
3.1 变形高温合金
变形高温合金是高温合金中运用广的一类，占比到达70%。变形高温合金首要选用常规的锻、轧和揉捏等冷、热变形手段加工成材。我国镍基变形高温合金以拼音字母GH加序号表明，如GH4169、GH141等。
变形高温合金塑性较低，变形抗力大，运用一般的热加工手段变形有必定困难，因而需求采纳钢锭直接轧制、钢锭包套直接轧制和包套墩饼等新工艺来加工，也选用加镁微合金化和弯曲晶界热处理工艺来前进塑性。
变形高温合金在航空发起机中至今仍然是首要用材。其间GH4169在我国航空发起机中已得到广泛运用，被称为高温合金中的。其材质水平和加工工艺水平近年来得到明显前进。GH4169合金的冶金产品有不同标准的锻棒、热轧棒、冷拉棒、板、带、丝、管和锻件，制造的零件有各类盘、转子、环、机匣、轴、紧固件、弹性元件、阻尼元件等。
3.2 铸造高温合金
跟着运用温度和强度的前进，高温合金的合金化程度越来越高，热加工成形越来越困难，必须选用铸造工艺进行出产。另外，选用冷却技能的空心叶片的内部杂乱型腔，只能选用精细铸造工艺才能出产，因而镍基铸造高温合金在实际出产运用中不行缺少。铸造高温合金运用也较为广泛，占比约20%。国内的铸造高温合金以“K”加序号表明，如K1、K2等。
按结晶办法，铸造高温合金又能够分为多晶铸造高温合金、定向凝结铸造高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金等4种类型。铸造高温合金的特点是：1）具有更宽的成分规划。因为不用统筹变形加工功能，合金
