s66286

博主:adminadmin 2022-09-02 17:48:01 條評論
摘要:超級合金高溫合金指的是基于鐵,鎳和鈷基的一種金屬材料,該材料可以在高于600°C的高溫下工作和某些應力。它具有出色的高溫強度,良好的抗氧化劑和耐熱性腐蝕性能。疲勞性能和斷裂韌性的全面性能,也稱為“超合金”,主要用于航空航天場和能量場。中文名超級合金外語名稱高溫者Loys分類760°C,1200°C和1500°C的高溫材料應用航空引擎,能源場自然抗氧化劑...

  超級合金

  高溫合金指的是基于鐵,鎳和鈷基的一種金屬材料,該材料可以在高于600°C的高溫下工作和某些應力。它具有出色的高溫強度,良好的抗氧化劑和耐熱性腐蝕性能。疲勞性能和斷裂韌性的全面性能,也稱為“超合金”,主要用于航空航天場和能量場。

s66286

  中文名

  超級合金

  外語名稱

  高溫者Loys

  分類

  760°C,1200°C和1500°C的高溫材料

  應用

  航空引擎,能源場

  自然

  抗氧化劑和抗熱腐蝕性能

  定義

  高溫合金指的是一種可以在高溫下長期工作的金屬材料,并在600°C下對鐵,鎳和鈷的一定壓力;它具有高溫強度,良好的抗氧化劑和耐腐蝕性。良好的疲勞性能,斷裂韌性和其他全面性能。高溫度合金是單個奧氏體組織,在各種溫度下具有良好的組織穩定性和可靠性。

  基于上述性能特性,高振溫合金的合金較高,也稱為“ Ultra -Alloy”。它是廣泛用于航空,航空航天,石油,化學和船舶的重要材料。根據矩陣元素,將高溫合金分為基于鐵的,基于鎳的,基于鈷的鎳和其他高溫合金。基于鐵的高溫合金的使用溫度只能達到750780°C。對于在較高溫度下使用的耐熱零件,使用基于鎳的基于鎳和困難的熔化金屬的合金。基于鎳的高溫度合金在整個高溫合金領域都占據了特殊的位置。它被廣泛用于制造航空噴氣發動機和各種工業燃氣輪機的最熱部分。

  發展歷史

  1.國際發展

  自1930年代后期以來,英國,德國和美國開始研究高溫合金。在第二次世界大戰期間,為了滿足新航空發動機的需求,高溫合金的研究和使用進入了一段蓬勃發展的時期。在1940年代初,英國首先向80NI-20CR合金添加了少量鋁和鈦,以增強γ相,以增強并開發出高溫強度高的基于鎳的合金。在同一時期,為了滿足活塞飛機渦輪增壓器開發的需求,美國開始使用基于Vitallium Cobalt的合金制作刀片。

  此外,美國還開發了一種基于鎳鎳的合金,為噴氣發動機燃燒室。將來,為了進一步提高合金的高溫強度,冶金劑添加了鎢,鉬和鈷等元素,以增加鎳合金,以增加鋁和鈦含量,并開發一系列合金,例如英國人” Nimonic”,美國在美國的“ Mar-M”和“ In”;在基于鈷的合金中,添加了鎳和鎢元素,以開發各種高溫合金,例如X-45,HA-188,FSX-414等基于高溫合金受到限制。

  2.國內發展

  第一階段:從1956年到1970年代初,這是我國高溫合金的企業家和起始階段。在此階段,前蘇聯的合金系列高溫合金是主體,例如:GH4033,GH4049,GH2036,GH3030,GH3030,K401和K403。

  準備過程

  1.鑄造冶金過程

  目前,各種先進的鑄造制造技術和加工設備正在不斷開發和改進,例如熱控制固化,精細晶體過程,激光形成維修技術,耐磨鑄造鑄造技術等。原始技術水平得到了不斷改進和改進為了提高各種高溫合金,鑄造產品的質量一致性和可靠性。

  不包含或更少鋁和鈦的高溫度合金通常使用弧熔爐或非維庫姆感應爐冶煉。當大氣中融化時,含有鋁和鈦高的高溫度合金不容易控制,并且氣體和其他物質進入更多,因此應使用真空冶煉。為了進一步減少混合物體的含量,可以采用雙重物體的分布狀態和錠的晶體組織,可以采用雙重分解的冶煉和二次熔化過程。冶煉的主要方法是弧形爐,真空傳感爐和非空腔傳感爐;厚重熔化的主要手段是真空自動熔爐和電爐爐。

  具有低溶劑增強合金和鋁,鈦和鈦低的合金橡膠(鋁和鈦的總量低于4.5%)可以偽造成鋼坯;鋁和鈦 - 高合金通常被擠壓或滾動。然后是熱卷的材料,有些產品需要進一步冷凍或冷。需要用液壓或快速鍛造的液壓壓榨機鍛造大直徑合金或蛋糕材料。

  2.晶體冶金過程

  為了在應力軸上垂直減少或消除晶體世界,并減少或消除鑄造合金中的松散,近年來已經開發了方向性的晶體過程。這個過程是在合金固化的過程中沿晶體的方向生長晶體,以獲得沒有水平晶體世界的平行圓柱晶體。實現方向晶體的主要過程條件是在液相相線和固相線之間建立和維持足夠的軸向溫度梯度和良好的軸向冷卻條件。此外,為了消除所有晶體世界,需要單晶葉片的制造過程。

  3.粉狀冶金過程

  4.利息改善過程

  固體增強

  添加元素(鉻,鎢,鉬等)與基板的金屬原子大小不同,從而導致底物的金屬點矩陣的變形,從而添加可以減少合金基質堆疊層的元素(例如鈷)元素(鎢,鉬等)以增強底物。

  ⑵降水增強

  通過定時處理,從過度飽和的固體溶液中提出了第二相(γ',γ”,碳化物等)以增強合金。γ'相與基質相同,這兩者都是面部立方體結構。與晶體一起,可以在基板的小粒子中均勻解釋γ相,這阻礙了錯誤的運動,并產生了明顯的增強。γ'相是A3B金屬椎間盤化合物,A代表鎳,鈷,B,B代表代表性的鋁,鈦,鉭,鈦,鎢,鎢,鎢和鉻,鉬和鐵可以既可以是B又可以。基于鎳合金中的典型γ'相位是Ni3(Al,Ti)。以下渠道:

  ①增加γ'相的數量;

  ②使γ'相和底物具有合適的不匹配,以獲得共同疾病的增強作用;

  ③添加γγγ’’γγγγ'’’’’’的反相領域,以提高其抵抗誤差的能力;

  ④添加含量,例如鈷,鎢,鉬,以提高γ相強度。 γ“作為身體療法結構的相位,其組變為ni3nb。因為γ階段的不匹配和基質很大,因此可能導致大量的常見流產,因此合金可以獲得高收率力量。但是超過700°C,增強效應顯著降低。基于鈷的高溫合金通常不包含γ相,但碳化物得到加強。

  1.很難處理

  由于其復雜而嚴峻的工作環境,其處理表面完整性在其性能中具有非常重要的作用。但是,高溫合金是處理材料的典型困難。它的微型增強具有高硬度,嚴重的加工硬化,并且具有較高的抗毛應力和低加熱速率。切割區域的切割力和切割溫度很高。加工表面的質量很低,刀的損壞非常嚴重。在一般切割條件下,高溫度合金表面層將產生太多問題,例如硬化層,殘留應力,白色層,黑色層和晶粒變形層。

  主要分類

  高溫合金材料的傳統劃分可以根據以下三種方法進行分配:根據基質元素,合金鋼筋類型和材料成型方法的類型。

  1.根據矩陣元素的類型

  鐵基高溫合金

  基于鐵的高溫合金也可以稱為耐熱合金鋼。它的矩陣是FE元素,添加了少量合金元素,例如Ni和Cr。熱合金鋼可以根據其正火需求分為馬氏體,奧氏體,珍珠和耐鐵的耐熱鋼。

  金基于鎳的高溫合金

  基于鎳的高溫合金是鎳含量的一半以上。它適用于1000°C以上的工作條件。固體和時間效益過程的處理過程可以通過蠕變耐藥性和壓縮性大大改善。目前,分析了在高溫環境中使用的高溫度合金,并且基于鎳的高溫率合金的范圍遠遠超過了鐵和鈷基的高溫合金的使用。同時,基于鎳的高溫合金也是我國產出中最大的高溫合金,也是最大的使用量。許多渦輪渦輪刀片和燃燒的房間,甚至渦輪增壓器都使用基于鎳的合金作為制備材料。在半個多世紀的時間里,航空發動機使用的高溫材料從1940年代后期的750°C增加到1990年代后期的1200°C。快速發展。

  金基于鈷的高溫合金

  基于鈷的高溫合金基于鈷,鈷含量約為60%。同時,有必要添加諸如CR和Ni之類的元素,以提高高溫合金的耐熱性。盡管這種高溫合金耐熱性良好,但由于各個國家的鈷資源相對較小,因此很難處理,因此數量不大。通常用于高溫條件(600 ~1000℃)和長期復雜的復雜應力高溫零件,例如工作葉片,渦輪盤,燃燒室熱零件以及航空發動機的航空航天發動機。為了獲得更好的熱電阻,在準備確保其優質的耐熱性和疲勞時,有必要添加諸如W,MO,Ti,Al和Co之類的元素。

  2.金屬增強類型

  根據合金鋼筋的類型,可以將高溫率的合金分為固體溶劑鋼筋高振動合金和及時降水增強合金。

  型固體 - 溶劑增強類型

  SO稱為固體的增強類型被添加到基于鐵,鎳或鈷的高溫率合金中以形成單一的AOLINTH組織。可溶性原子會導致固體可溶基質干擾點基質,從而增加了固體溶液中的滑動電阻。一些可溶性原子可以降低合金系統的層誤差能力,增加位分解的趨勢,并導致甲基苯丙胺移動,并加強合金以實現增強高素質合金增強的目的。

  ⑵時間降水增強

  SO稱為及時的加固,即合金工件是固體可溶性的,在冷塑性變形后,在較高溫度或室溫下進行的熱處理過程可保持其性能。例如:GH4169合金,650°C的最大屈服強度為1000MPa,葉子的合金溫度可以為950°C。

  3.材料成型方法

  材料形成方法分為:鑄造高溫合金(包括普通鑄造合金,單晶合金,方向合金等),變形高溫解合金,粉末冶金高溫合金(包括普通的粉末冶金和氧化物,以增強高度溫度合金)。

  ⑴鑄造高溫合金

  使用鑄造方法直接準備零件的合金材料稱為鑄造高溫合金。根據合金矩陣的組成,它可以分為三種類型:基于鐵的鑄造高溫合金,基于鎳的鑄造高溫合金和基于鉆石的鑄造高溫合金。通過結晶劃分,它可以分為四種類型:多晶鑄造高溫合金,定向固化和鑄造的高溫合金,方向co-晶體鑄造高溫合金以及單晶鑄造高溫合金。

  轉化的高溫合金

  它仍然是航空發動機中最常用的,并且在國內外廣泛使用。我國變形高溫合金的年產量約為18 [2]。以GH4169合金為例,它是國內外應用中最重要的品種。我所在國家的螺栓,壓縮機和車輪以及油垃圾箱主要用作渦輪軸發動機的主要部分。隨著其他合金產品的成熟度的增加,高溫合金變形的使用可能會逐漸減少,但是在接下來的幾十年中,仍然將是未來幾十年。主導的。

  新的高溫合金

  包括粉末高溫度合金,鈦鋁的金屬間化合物,氧化物彌漫性增強的高溫解合金,耐腐蝕的高溫解合金,粉末冶金和納米質質。

  ②鈦鋁間間中金屬化合物已開發為第四代,并逐漸向多個痕跡和大量微型美元的兩個方向擴展。漢堡大學,德國,日本京都大學和德國GKSS中心已得到廣泛研究。現在,基于鋁鋁的金屬化合物現已用于船舶,生物醫學和運動用品領域;

  ④正確的高溫度合金主要用于替代耐火材料和耐熱鋼,該鋼用于建筑和航空航天領域。

  常見類型

  1. GH4169高溫合金

  GH4169合金是鎳 - 偶氮和一種基于鐵的高溫合金。 GH4169隸屬于基于鎳的變形高溫合金。基于鎳的合金是最復雜的合金。它被廣泛用于制造各種高溫組件。同時,它也是所有高溫合金中最吸引人的合金。它的相對使用溫度也是所有普通合金部門中最高的。目前,該合金在高級飛機發動機中的比例超過50%。

  我的國家在1970年代開始開發GH4169合金,主要應用于磁盤零件。使用時間相對較短。它已應用于1980年代的航空領域,并提高并提高了材料的質量,改善了合金的全面性能和使用的可靠性已成為主要的研究方向。當前GH4169合金的主要研究方向是:

  (1)改善冶煉過程,定量冶煉參數,實現程序的穩定操作,使合金微帶組織更加均勻,從而獲得出色的產率和疲勞強度,開裂的擴張和開裂能力,改善低疲勞強度等。 ;

  (2)改善熱處理過程。當前的熱處理過程無法很好地消除對鋼錠中心的部分分析,因此它對組織的均勻性具有不利影響。因此,使用合理的均勻退火過程來獲取精細的晶體成分,以成為當前研究中的主要研究方向之一。

  (3)改進的使用設計。由于GH4169的工作溫度不能高于650°C,因此應加強零件的冷卻,以完全發揮高性能和高溫合金成本的優勢;

  (4)提高組織的穩定性。由于航空發動機組件的壽命長期要求,這對于提高GH4169合金長期及時性的穩定性也至關重要。

  2.單晶高溫合金

  目前,單晶合金材料已生長到第四代,并且溫度容量已增加到1140°C。使用了幾乎金屬材料的溫度極限。將來,有必要進一步滿足高級航空發動機的需求。葉子的開發材料應進一步擴展。預計陶瓷基礎復合材料將取代使用單晶高振體合金來滿足在較高溫度環境中使用熱成分的使用。

  單晶體高溫合金葉片的難度和循環與其結構復雜性有關。具有普通復雜性的單晶葉片的開發周期很短,但是航空發動機上的應用也需要花費更長的時間。從單晶固體葉到單晶空心葉片,再到高效率空氣冷和復雜的空心葉片,技術難度跨度非常大,相應的開發周期跨度也很大。通常,具有一般復雜性的單晶空心刀片需要1到2年,從繪制確認,霉菌設計到試驗生產到小批次。但是,由于其復雜的服務環境,單晶葉片需要進行大量驗證測試。通常,開發后,單晶空心葉片的共同結構將需要5到10年才能應用于航空發動機。進度需要15年或更長時間[4]。

  主要應用程序

  1.航空航天領域

  在我國獨立航空業的發展中,高級發動機的開發將帶來市場對高端和新的高溫合金的需求。

  航空引擎被稱為“工業花”,是航空業最技術的內容和難度組件之一。作為飛機動力設備的飛機發動機,金屬結構材料必須具有輕質質量,高強度,高韌性,高溫抗性,抗氧化劑,抗腐蝕性和其他特性,這一點尤其重要。這幾乎是結構材料的最高性能要求。

  高溫合金是金屬材料,可以在600°C以上和在某些應力條件下進行長期工作。開發高溫合金以滿足現代航空發動機對材料的苛刻要求。它已成為航空發動機熱組件的一種不可替代的關鍵材料。目前,在高級航空發動機中,高振溫合金劑量的比例高達50%。

  在現代高級航空發動機中,高振動合金材料的量占發動機總發動機的40%。在航空發動機上,高振動合金主要用于四個主要熱區:燃燒室,導向葉片,渦輪刀片和渦輪盤。此外,它還用于諸如套管,環組件,密集燃燒房間和尾架等組件。

  2.能量場

  高溫合金在能場中廣泛使用。在煤炭電力的高參數中,在超臨界發電鍋爐中,過熱和過熱的設備必須使用良好的耐藥性來驅動,高溫度合金管,具有出色的抗抗腐蝕性,蒸汽側具有出色的抗腐蝕性和極好的耐腐蝕性性能煙氣側;在燃氣輪機中,渦輪刀片和導板需要使用出色的抗高溫腐蝕性能和長期穩定的組織穩定的穩定熱熱 - 耐熱和腐蝕高溫解合金;在核能領域,蒸汽發生器傳熱管必須使用具有良好抗溶劑腐蝕性能的高振溫合金;在煤炭中;在氣化和節能和減排領域的煤炭中,廣泛使用了對高溫和熱腐蝕和高溫磨損性能的高溫合金;在油氣和天然氣的采礦中,尤其是在深層開采二氧化碳,H2S和沉積物的存在中,必須使用耐腐蝕和耐磨損的高溫度合金[5]。

  前景

  1.對單晶葉片的研究

  在單晶的設計中,有必要考慮合金性能和過程性能。由于單晶沒有晶體世界,并且應用于相對苛刻的環境,因此引入了一些具有特殊效果的合金元素。隨著單晶合金的發展,合金的化學成分具有以下更改:引入元素,引入鉑金元素,例如RU和IR,并增加了困難的熔化元素W,MO,RE和TA的含量;數量增加,C,B,HF和其他元素已從“完全刪除”變為“有限使用”;減少CR含量并允許更多其他合金元素保持組織穩定性。

  包括單晶葉片在內的是未來航空發動機渦輪葉片的趨勢。單晶葉片顯著改善了溫度抗性,蠕動強度,熱疲勞強度,抗氧化劑性能和耐腐蝕性。所有高級航空發動機都使用單晶合金用于渦輪葉片[6]。

  2.研究新的高溫合金

  市場分析中的新型高溫合金包括:粉末高溫度合金,椎間間椎間盤化合物,ODS合金和高溫度的金屬自我抗化材料:

  粉末高溫度合金技術:FGH51粉末高溫率合金是一種久坐的鎳基高溫合金,該合金用粉狀冶金工藝制備。合金γ相的體積得分為$,左右,地層元素的原子得分約為50%。合金磁盤的制造過程是真空感應熔化系統,然后使用原子合金粉末來制作零件。與類似的鑄造和鍛造高溫合金相比,它具有均勻的組織,小谷物,高收益度和良好的疲勞性能的優勢。在當前650度工作條件下,它是高溫合金的最高水平。這種高溫金主要用于旋轉高性能發動機的零件,例如渦輪盤和軸承圓[7]。

  金屬間化合物用于制造各種高級載體工具促進系統的組件,以降低自重并提高效率;

  ODS合金具有出色的高溫度蠕變性能,高溫抗氧化劑性能,碳抗碳,硫,硫腐蝕性能,可用于創建發動機的關鍵組件。柴油發動機,核反應堆等;