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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;并具有较高的高温强度,良好的抗氧化和抗腐蚀性能,良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织,在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性,且高温合金的合金化程度较高,又被称为“超合金”,是广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船的一种重要材料。按基体元素来分,高温合金又分为铁基、镍基、钴基等高温合金。铁基高温合金使用温度一般只能达到750~780℃,对于在更高温度下使用的耐热部件,则采用镍基和难熔金属为基的合金。 镍基高温合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位,它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机 热端部件。若以150MPA-100H持久强度为标准,而目前镍合金所能承受的 温度〉1100℃,而镍合金约为950℃,铁基的合金〈850℃,即镍基合金相应地高出150℃至250℃左右。所以人们称镍合金为发动机的心脏。目前,在先进的发动机上,镍合金已占总重量的一半,不仅涡轮叶片及燃烧室,而且涡轮盘甚至后几级压气机叶片也开始使用镍合金。与铁合金相比,镍合金的优点是:工作温度较高,组织稳定、有害相少及抗氧化搞腐蚀能力大。与钴合金相比,镍合金能在较高温度与应力下工作,尤其是在动叶片场合。
镍合金具有上述优点与其本身的某些卓越性能有关。镍为面心立方体,组织
稳定,从室温到高温不发生同素异型转变;这对选作基体材料十分重要。众所周知,奥氏体组织比铁素体组织具有一系列的优点。
镍具有高的化学稳定性,在500度以下几乎不发生氧化,学温下也不受温气、水及某些盐类水溶液的作用。镍在硫酸及盐酸中溶解很慢,而在硝酸中溶解很快。
镍具有很大的合金能力,甚至添加十余种合金元素也不出现有害相,这就为改善镍的各种性能提供潜在的可能性。
纯镍的力学性能虽不强,但塑性却极好,尤其是低温下塑性变化不大。
高温合金的特性和应用
类别 牌 号 主要特性 应用举例
1.
固
溶
强
化
型
铁
基
合
金 GHl015 这类合金含铬、镍量相对较高,含弥散强化相形成元素(V、Al、Ti)量相对较少。它的热处理主要形式为“固溶处理”,通过固溶处理可达到强化的目的。在零件需要多次冷压加工时,为消除加工硬化、恢复塑性,也要进行固溶处理。零件焊接后通常进行退火处理以消除内应力。由于铬、镍含量较高,故这类合金抗氧化温度较高,一般可达900%以上;但因含弥散强化相形成元素较少,合金中化合物数量较少,故室温强度、高温强度都较低。这类合金固溶处理后的组织为奥氏体,故塑性好,可以冷压成形;由于含碳量少,故焊接性亦好这类合金主要用来制作形状复杂、冷压成型、受力不大,但要求抗氧化能力较高的高温零件,其中 典型的零件是涡轮发动机的燃烧室 900℃以下的涡轮发动机的燃烧室、加力燃烧室等零件
GHl016 700~900%的涡轮发动机的燃烧室、加力燃烧室等零件
GHl035 750~800℃的涡轮发动机的燃烧室和加力燃烧室
GHl040 800℃以下的燃烧室、加力燃烧室和700~C以下的涡轮盘、轴及叶片材料
GH1131 900℃以下的涡轮发动机的燃烧室、加力燃烧室和其他高温部件
GH1140 800~900℃的涡轮发动机的燃烧室、加力燃烧室等零件
2.
时
效
硬
化
型
铁
基
△
口
金 GH2018 这类合金铬、镍含量相对较低,故抗氧化的温度仅约800%,但是含弥散强化相形成元素(v、Al、Ti)量相对较高,在固溶体基体上可形成化合物强化相,所以常用热处理形式为固溶处理+时效。通过固溶处理,可以使合金固溶强化;通过时效处理,可以使合金析出细小强化相[VC、Ni3Al、Ni3Ti,Ni3(Al•Ti)],从而提高室温和高温强度。固溶并时效处理后的组织为奥氏体+弥散化合物。例如GH2132的化合物量为2.5%、GH2135的化合物量为14%这类合金通常应用于高温下受力的零件,如涡轮盘、螺栓和工作温度不高的转子叶片等 800℃以下的涡轮发动机的燃烧室、加力燃烧室和其他高温部件
GH2036
GH2038 650℃以下的涡轮盘、环形件和紧固件
700℃以下的涡轮盘、轴和叶片
GH2130 800℃以下的增压涡轮和燃气涡轮叶片材料
GH2132 650~700℃的涡轮盘、环形件、冲压焊接件和紧固零件材料
GH2135 700~750℃的涡轮盘、工作叶片和其他高温部件
GH2136 650~700℃的涡轮盘材料
GH2302 800~850℃的燃气涡轮叶片和
700℃~750℃的燃气轮机叶片等材料
3.
固
溶
强
化
型
镍
基
金 GH3030 特性、用途和相应的固溶强化型铁基合金、时效硬化型铁基合金基本相同。不同之处在于基体的差别。铁基高温合金的基体金属是铁(含铁量约50%左右),含铬量约10%。23%、含镍量约7%一40%;而镍基高温合金的基体金属是镍,镍含量大于50% 由于镍含量的提高,故镍基高温合金比铁基高温合金的热强性高, 工作温度已达到1050℃左右;但其可切削加工性亦随之变差。同时由于它们都含有大量的镍,不符合我国资源情况,应逐步采用铁基高温合金来代替 800℃以下涡轮发动机的燃烧室、加力燃烧室等零件,可用GHll40代
GH3039 800~850℃的火焰筒及加力燃烧室等零件
GH3044 850~900℃的航空发动机的燃烧室及加力燃烧室等零件
GH3128 800~950℃的涡轮发动机的燃烧室、加力燃烧室等零件
4.
时
效
硬
化
型
镍
基
合
金 GH4033 700℃以下的涡轮叶片和750℃以
下的涡轮盘等材料
GH4037 800~850℃的涡轮叶片材料
GH4043 800~850℃的排气门座后卡圈零件和燃气涡轮叶片
GH4049 900℃以下的燃气涡轮工作叶片及其他受力较大的高温部件
GH4133 700~750℃的涡轮盘或叶片
GH4169 350~750℃的抗氧化热强材料
高温合金:GH1015 GH15 GH1016 GH16 GH1035 GH35 GH1040 GH40 GH1131 GH131 GH1140 GH140 GH2018 GH18 GH2036 GH36 GH2038 GH38A GH2130 GH130 GH2132 GH132 GH2135 GH135 GH2136 GH136 GH2302 GH302 GH3030 GH30 GH3039 GH39 GH3044 GH44 GH3128 GH128 GH4033 GH33 GH4037 GH37 GH4043 GH43 GH4049 GH49 GH4133 GH33A GH4169 GH169 GH19 GH738 GH600 GH984 GH20 GH145
GH13 GH14 GH22 GH27 GH50 GH78 GH80A GH95 GH99 GH118 GH138 GH139 GH140 GH143 GH145 GH146 GH151 GH161 GH163 GH167 GH220 GH698 GH761 GH901