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高溫合金管主要應用
1、航空航天領域
我國發(fā)展自主航空航天產(chǎn)業(yè)研制先進發(fā)動機,將帶來市場對高端和新型高溫合金的需求增加。
航空發(fā)動機被稱為“工業(yè)之花”,是航空工業(yè)中技術含量、難度的部件之一。作為飛機動力裝置的航空發(fā)動機,特別重要的是金屬結(jié)構材料要具備輕質(zhì)、高強、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能,這幾乎是結(jié)構材料中的性能要求。
高溫合金是能夠在600℃以上及一定應力條件下長期工作的金屬材料。高溫合金是為了滿足現(xiàn)代航空發(fā)動機對材料的苛刻要求而研制的,至今已成為航空發(fā)動機熱端部件不可替代的一類關鍵材料。在現(xiàn)代的航空發(fā)動機中,高溫合金材料用量占發(fā)動機總量的40%~60%。在航空發(fā)動機上,高溫合金主要用于燃燒室、導向葉片、渦輪葉片和渦 四大熱段零部件;此外,還用于機匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。
2、能源領域
高溫合金在能源領域中有著廣泛的應用。煤電用高參數(shù)超超臨界發(fā)電鍋爐中,過熱器和再過熱器必須使用抗蠕變性能良好,在蒸汽側(cè)抗氧化性能和在煙氣側(cè)抗腐蝕性能優(yōu)異的高溫合金管材;在氣電用燃氣輪機中,渦輪葉片和導向葉片需要使用抗高溫腐蝕性能優(yōu)良和長期組織穩(wěn)定的抗熱腐蝕高溫合金;在核電領域中,蒸汽發(fā)生器傳熱管必須選用抗溶液腐蝕性能良好的高溫合金;在煤的氣化和節(jié)能減排領域,廣泛采用抗高溫熱腐蝕和抗高溫磨蝕性能優(yōu)異的高溫合金;在石油和天然氣開采,特別是深井開采中,鉆具處于4-150 ℃的酸性環(huán)境中,加之CO2,H2S和泥沙等的存在,必須采用耐蝕耐磨高溫合金 。
高溫合金管應具有高的蠕變強度和持久強度(見蠕變)、良好的抗熱疲勞和機械疲勞性能(見疲勞)、良好的抗氧化和抗燃氣腐蝕性能以及組織穩(wěn)定,其中以蠕變強度和持久強度為重要。提高高溫合金強度的途徑有:
固溶強化 加入與基體金屬原子尺寸不同的元素(鉻、鎢、鉬等)引起基體金屬點陣的畸變,加入能降低合金基體堆垛層錯能的元素(如鈷)和加入能減緩基體元素擴散速率的元素(鎢、鉬等),以強化基體。
沉淀強化 通過時效處理,從過飽和固溶體中析出第二相(γ┡、γ"、碳化物等),以強化合金(見合金相)。γ┡相與基體相同,均為面心立方結(jié)構,點陣常數(shù)與基體相近,并與晶體共格,因此γ┡相在基體中能呈細小顆粒狀均勻析出,阻礙位錯運動,而產(chǎn)生顯著的強化作用。
晶界強化 在高溫下,合金的晶界是薄弱環(huán)節(jié)(見界面),加入微量的硼、鋯和稀土元素可改善晶界強度。這是因為稀土元素能凈化晶界,硼、鋯原子能填充晶界空位,降低蠕變過程中晶界擴散速率,抑制晶界碳化物的集聚和促進晶界第二相球化。另外,鑄造合金中加適量的鉿,也能改善晶界的強度和塑性。還可通過熱處理在晶界形成鏈狀分布的碳化物或造成彎曲晶界,提高塑性和強度。
氧化物彌散強化 通過粉末冶金方法,在合金中加入高溫下仍保持穩(wěn)定的細小氧化物,呈彌散分布狀態(tài),從而獲得顯著的強化效應。通常加入的氧化物有ThO2和Y2O3等。這些氧化物是通過阻礙位錯運動和穩(wěn)定位錯亞結(jié)構等因素而使合金得到強化的。
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