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高溫合金管通過材料成型方式劃分有:鑄造高溫合金( 包括普通鑄造合金、單晶合金、定向合金等) 、變形高溫合金、粉末冶金高溫合金( 包含普通粉末冶金和氧化物彌散強化高溫合金)。
⑴鑄造高溫合金
采用鑄造方法直接制備零部件的合金材料叫鑄造高溫合金。根據(jù)合金基體成分劃分,可以分為鐵基鑄造高溫合金、鎳基鑄造高溫合金和鉆基鑄造高溫合金3 種類型。按結(jié)晶方式劃分,可以分為多晶鑄造高溫合金、定向凝固鑄造高溫合金、定向共晶鑄造高溫合金和單晶鑄造高溫合金等4 種類型。
⑵變形高溫合金
仍然是航空發(fā)動機中使用多的材料,在國內(nèi)外應用都比較廣泛,我國變形高溫合金年產(chǎn)量約為美國的1 /8 [2] 。以GH4169 合金為例,它是國內(nèi)外應用范圍多的一個主要品種. 我國主要在渦輪軸發(fā)動機的螺栓、壓縮機及輪、甩油盤作為主要零件,隨著其他合金產(chǎn)品的日益成熟,變形高溫合金的使用量可能逐漸減少,但在未來數(shù)十年中仍然會是占主導地位。
⑶新型高溫合金
包括粉末高溫合金、鈦鋁系金屬間化合物、氧化物彌散強化高溫合金、耐蝕高溫合金、粉末冶金及納米材料等多種細分產(chǎn)品領(lǐng)域.
①第三代粉末高溫合金的合金化程度,使其兼顧了前兩代的優(yōu)點,獲得了更高的強度較低的損傷,粉末高溫合金生產(chǎn)工藝日趨成熟,未來可能從以下幾個方面開展: 粉末制備、熱處理工藝、計算機模擬技術(shù)、雙性能粉末盤;
②鈦鋁系金屬間化合物已經(jīng)開發(fā)到第四代,逐步向著多元微量和大量微元這兩個方向拓展,德國的漢堡大學,日本京都大學,德國的GKSS 中心等都進行了廣泛的研究,鈦鋁系金屬間化合物現(xiàn)已應用于船舶、生物醫(yī)用、體育用品領(lǐng)域;
③氧化物彌散強化高溫合金是粉末高溫合金一部分,正在生產(chǎn)研制的有近20 余種,具有較高的高溫強度和低的應力系數(shù),廣泛的應用于燃氣輪機耐熱抗氧化部件、先進航空發(fā)動機、石油化工反應釜等;
④耐蝕高溫合金主要用于替代耐火材料和耐熱鋼,應用于建筑及航天航空領(lǐng)域
發(fā)展歷史:高溫合金管按照基體的不同,分為:鐵基高溫合金,鎳基高溫合金與鈷基高溫合金。
鎳基高溫合金(以下簡稱鎳基合金)是30年代后期開始研制的。英國于1941年首先生產(chǎn)出鎳基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti);為了提高蠕變強度又添加鋁,研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美國于40年代中期,蘇聯(lián)于40年代后期,中國于50年代中期也研制出鎳基合金。鎳基合金的發(fā)展包括兩個方面:合金成分的改進和生產(chǎn)工藝的革新。50年代初,真空熔煉技術(shù)的發(fā)展,為煉制含高鋁和鈦的鎳基合金創(chuàng)造了條件。初期的鎳基合金大都是變形合金。50年代后期,由于渦輪葉片工作溫度的提高,要求合金有更高的高溫強度,但是合金的強度高了,就難以變形,甚至不能變形,于是采用熔模精密鑄造工藝,發(fā)展出一系列具有良好高溫強度的鑄造合金。60年代中期發(fā)展出性能更好的定向結(jié)晶和單晶高溫合金以及粉末冶金高溫合金。為了滿足艦船和工業(yè)燃氣輪機的需要,60年代以來還發(fā)展出一批抗熱腐蝕性能較好、組織穩(wěn)定的高鉻鎳基合金。在從40年代初到70年代末大約40年的時間內(nèi),鎳基合金的工作溫度從 700℃提高到1100℃,平均每年提高10℃左右。
高溫合金管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。
鑄造高溫合金管顯徽組織特征:鑄造高溫合金顯微組織(見高溫合金材料顯微組織)中,除γ’ 相外,還有γ- γ’ 共晶相,一次碳化物相也比較多,沿著樹枝晶間分布,有些合金還有M3B2硼化物析出。鑄造高溫合金熱處理工藝比較簡單,有些甚至不需要進行熱處理就可以使用。
零件生產(chǎn) 鑄造高溫合金一般在大型真空感應爐中冶煉母合金,用失蠟精密造型法制造 殼型,然后在小型真空感應爐中重熔澆注成零件。
缺陷及 鑄造件中不可避免會產(chǎn)生一些顯微疏松,可采用熱等靜壓處理使之減輕或,增加零件的可靠性。鑄造高溫合金零件的晶粒度比較大,對疲勞性能不利。通常采用表面晶粒細化法來獲得零件表層的細晶。
發(fā)展方向 運用定向凝固技術(shù)可生產(chǎn)無橫向晶界的柱狀晶葉片或完全晶界的單晶葉片,使高溫疲勞壽命和持久強度都有成倍提高,這是當前鑄造高溫合金的發(fā)展方向。
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