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鎳基鑄造高溫合金的特點(diǎn)和應(yīng)用

發(fā)布時間: 2022-03-14  點(diǎn)擊次數(shù): 1525次

鎳基鑄造高溫合金以鎳為主要成分的鑄造高溫合金。隨著使用溫度和強(qiáng)度的提高,高溫合金合金化(見高溫合金強(qiáng)化)程度越來越高,熱加工成形越來越困難,必須采用鑄造工藝進(jìn)行生產(chǎn)。另外,采用冷卻技術(shù)的空心葉片的內(nèi)部復(fù)雜型腔,只能采用精密鑄造工藝才能生產(chǎn)。這樣,鎳基變形高溫合金就轉(zhuǎn)變?yōu)殒嚮T造高溫合金。
        添加元素鎳基鑄造高溫合金以γ相為基體,添加鋁、鈦、鈮、鉭等形成γ’相(見高溫合金材料的金屬間化合物相)進(jìn)行強(qiáng)化,γ’相數(shù)量較多,有的合金高達(dá)60%;加入鈷能提高γ’相的溶解溫度,從而提高了合金的使用溫度;鉬、鎢、鉻具有強(qiáng)化固溶體的作用,鉻、鉬、鉭還能形成一系列對晶界有強(qiáng)化作用的碳化物;鋁和鉻有助于抗氧化能力,但鉻降低γ’相的溶解溫度和高溫強(qiáng)度,因此應(yīng)使鉻含量低些;加鉿改善合金的中溫塑性和強(qiáng)度;為了強(qiáng)化晶界,添加適量硼、鋯等元素。工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)使用的燃料中含硫、釩較高,長期工作時對合金產(chǎn)生嚴(yán)重的熱腐蝕。如果燃?xì)廨啓C(jī)使用在艦船上,海洋氣氛中的鈉鹽會加速硫化腐蝕。因此,采取適當(dāng)提高鉻含量和鈦、鋁的比例以及難熔金屬元素的含量,研制出了一系列既能保持高蠕變強(qiáng)度又能增進(jìn)耐熱腐蝕抗力的合金,如美國的IN738、IN792、Rene’80、MarM432和中國的K4537等。表中列出了一些國家典型的鎳基鑄造高溫合金。     應(yīng)用鎳基鑄造高溫合金用于飛機(jī)、船舶、工業(yè)和車輛用燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵的高溫部件,如渦輪葉片、導(dǎo)向葉片和整體渦輪等。

鎳基鑄造高溫合金是指以鎳為主要成分的鑄造。隨著使用溫度和強(qiáng)度的提高,高溫合金合金化(見高溫合金強(qiáng)化)程度越來越高,熱加工成形越來越困難,必須采用鑄造工藝進(jìn)行生產(chǎn)。另外,采用冷卻技術(shù)的空心葉片的內(nèi)部復(fù)雜型腔,只能采用精密鑄造工藝才能生產(chǎn)。這樣,就轉(zhuǎn)變?yōu)殒嚮T造高溫合金 [1]  。

添加元素

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鎳基鑄造高溫合金以γ相為基體,添加鋁、鈦、鈮、鉭等形成γ’相(見高溫合金材料的金屬間化合物相)進(jìn)行強(qiáng)化,γ’相數(shù)量較多,有的合金高達(dá)60%;加入鈷能提高γ’相的溶解溫度,從而提高了合金的使用溫度;鉬、鎢、鉻具有強(qiáng)化固溶體的作用,鉻、鉬、鉭還能形成一系列對晶界有強(qiáng)化作用的碳化物;鋁和鉻有助于抗氧化能力,但鉻降低γ’相的溶解溫度和高溫強(qiáng)度,因此應(yīng)使鉻含量低些;加鉿改善合金的中溫塑性和強(qiáng)度;為了強(qiáng)化晶界,添加適量硼、鋯等元素。
工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)使用的燃料中含硫、釩較高,長期工作時對合金產(chǎn)生嚴(yán)重的熱腐蝕。如果燃?xì)廨啓C(jī)使用在艦船上,海洋氣氛中的鈉鹽會加速硫化腐蝕。因此,采取適當(dāng)提高鉻含量和鈦、鋁的比例以及難熔金屬元素的含量,研制出了一系列既能保持高蠕變強(qiáng)度又能增進(jìn)耐熱腐蝕抗力的合金,如美國的IN738、IN792、Rene’80、MarM432和中國的K4537等 [2]  。
按腐蝕性能分抗熱腐蝕與非抗熱腐蝕合金兩種。前者的鉻含量為12-16% ,后者的鉻含量約9%,廣泛用來制造航空噴氣發(fā)動機(jī),各種工業(yè)搬氣輪機(jī)的最熱端部件,如渦輪葉片、導(dǎo)向葉片、增壓器等 [2]  。

特點(diǎn)

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在700-1000℃之間,斷裂強(qiáng)度比鈷基和鐵基鑄造高溫合金或鎳基變形合金有明顯*性 [3]  。

缺點(diǎn)及克服方法

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鎳基鑄造高溫合金也存在一些缺點(diǎn),如疲勞性能稍差、塑性較低、組織穩(wěn)定性有所下降;由于存在疏松,性能波動較大。為了減輕這些缺點(diǎn),1968年美國首先研制了高硼低碳鎳基鑄造高溫合金。在鎳基鑄造高溫合金其他元素不變的情況下,僅將硼含量提高10~20倍,碳含量下降到0.01%~0.03%,而使合金的強(qiáng)度和塑性提高、疏松減少,提高了組織長期穩(wěn)定性等。這類合金已在美國獲得實(shí)際應(yīng)用 [4]  。

應(yīng)用

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鎳基鑄造高溫合金用于飛機(jī)、船舶、工業(yè)和車輛用燃?xì)廨啓C(jī)的最關(guān)鍵的高溫部件,如渦輪葉片、導(dǎo)向葉片和整體渦輪等 [1] 


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