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高溫合金管分類:常用的高溫合金有鐵基、鎳基和鈷基3種。
鐵基超耐熱合金,鐵基高溫合金管是奧氏體不銹鋼發(fā)展起來的,含有一定量的鉻和鎳等元素。它是中等溫度(600~800℃)條件下使用的重要材料,具有校核的中溫力學性能和良好的熱加工塑性,合金成分比較簡單,成本較低。主要用于制作航空發(fā)動機和工業(yè)燃氣輪機上渦 ,也可以制作導向葉片、渦輪葉片、燃燒室,以及其他承力件、緊固件燈。另一用途是制作柴油機上的廢氣增壓渦輪。
鎳基超耐熱合金,以鎳為基體(含量一般大于50%)、在650~1000℃范圍內(nèi)具有較的強度和良好的抗氧化性、抗燃氣腐蝕能力的高溫合金。
鎳基合金是高溫合金中應用廣、高溫強度的一類合金。其主要原因,一是鎳基合金中可以溶解較多的合金元素,且能保持較好的穩(wěn)定性;二是可以形成共格有序的A3B型金屬間化合物γ’-[Ni(Al,Ti)]相作為強化相,使合金的得到有效的強化,獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強度;三是很含鉻的鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗氧化和抗燃氣腐蝕能力。
鈷基合金一般含鎳10%~22%,鉻20%~30%以及鎢、鉬、鉭和鈮等固溶強化和碳化物形成元素,含碳量很高,是一類以碳化物為主要強化相的高溫合金。鈷基合金的耐熱能力與固溶強化元素和碳化物形成元素含量多少有關。
高溫合金管發(fā)展的趨勢是進一步提高合金的工作溫度和改善中溫或高溫下承受各種載荷的能力,延長合金壽命。就渦輪葉片材料而言,單晶葉片將進入實用階段,定向結晶葉片的綜合性能將得到改進。此外,有可能采用激冷態(tài)合金粉末制造多層擴散連接的空心葉片,從而適應提高燃氣溫度的需要。就導向葉片和燃燒室材料而言,有可能使用氧化物彌散強化的合金,以大幅度提高使用溫度。為了提高抗腐蝕和耐磨蝕性能,合金的防護涂層材料和工藝也將獲得進一步發(fā)展。高溫合金管是一種合金管,在 600~1200℃高溫下能承受一定應力并具有抗氧化或抗腐蝕能力的合金。
按基體元素主要可分為鐵基高溫合金管、鎳基高溫合金管和鈷基高溫合金管。按制備工藝可分為變形高溫合金管、鑄造高溫合金管和粉末冶金高溫合金管。按強化方式有固溶強化型、沉淀強化型、氧化物彌散強化型和纖維強化型等(見金屬的強化)。高溫合金管主要用于制造航空、艦艇和工業(yè)用燃氣輪機的渦輪葉片、導向葉片、渦 、高壓壓氣機盤和燃燒室等高溫部件,還用于制造航天飛行器、火箭發(fā)動機、核反應堆、石油化工設備以及煤的轉化等能源轉換裝置。
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高溫合金管合金是主要用鉻和鉬固溶強化的一種鐵量較高的鎳基高溫合金。具有良好的抗氧化和耐腐蝕性能,在900℃以下有中等到的持久和蠕變強度,冷、熱加工成形性和焊接性能良好。適用于制造航空發(fā)動機的燃燒室部件和其他高溫部件,900℃以下長期使用,短時工作溫度達到1080℃。 在 600~1200℃高溫下能承受一定應力并具有抗氧化或抗腐蝕能力的合金。
按基體元素主要可分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金。按制備工藝可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末冶金高溫合金。按強化方式有固溶強化型、沉淀強化型、氧化物彌散強化型和纖維強化型等(見金屬的強化)。
高溫合金管特性:
1、易加工性
2、在900℃時具有中等的持久和抗蠕變強度
3、具有良好抗氧化性,耐腐蝕性 、適宜于900℃以下長期使用的航空發(fā)動機燃燒室和加力燃燒室零部件
4、良好的焊接性能和冷、熱加工成形性
應用領域:
1、工業(yè)和航空汽輪機(燃燒室、整流器、結構蓋)
2 、工業(yè)爐部件、支撐輥、柵板、絲帶和輻射管
3 、石油化學爐中的螺旋管
4 、高溫氣體冷卻核反應堆
性能:高溫合金中的鈷基高溫合金中碳化物的熱穩(wěn)定性較好。溫度上升時﹐碳化物集聚長大速度比鎳基合金中的γ 相長大速度要慢﹐重新回溶于基體的溫度也較高(高可達1100℃)﹐因此在溫度上升時﹐鈷基合金的強度下降一般比較緩慢。
鈷基合金有很好的抗熱腐蝕性能,一般認為,鈷基合金在這方面優(yōu)于鎳基合金的原因,是鈷的硫化物熔點(如Co-Co4S3共晶,877℃)比鎳的硫化物熔點(如Ni-Ni3S2共晶645℃)高,并且硫在鈷中的擴散率比在鎳中低得多。而且由于大多數(shù)鈷基合金含鉻量比鎳基合金高,所以在合金表面能形成抵抗堿金屬硫酸鹽(如Na2SO4腐蝕的Cr2O3保護層)。但鈷基高溫合金抗氧化能力通常比鎳基合金低得多。
生產(chǎn)工藝:早期的鈷基合金用非真空冶煉和鑄造工藝生產(chǎn)。后來研制成的合金,因含有較多的活性元素鋯、硼等,用真空冶煉和真空鑄造生產(chǎn)。
鈷基高溫合金中的碳化物顆粒的大小和分布以及晶粒尺寸對鑄造工藝很敏感,為使鑄造鈷基合金部件達到所要求的持久強度和熱疲勞性能,必須控制鑄造工藝參數(shù)。鈷基高溫合金需進行熱處理,主要是控制碳化物的析出。對鑄造鈷基高溫合金而言,首先進行高溫固溶處理,溫度通常為1150℃左右,使所有的一次碳化物,包括部分MC型碳化物溶入固溶體;然后再在870-980℃進行時效處理,使碳化物(常見的為M23C6)重新析出。
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