高溫合金知識(shí)
高溫合金是在高溫嚴(yán)酷的機(jī)械應(yīng)力和氧化、腐蝕環(huán)境下應(yīng)用的一類合金。隨著科技事業(yè)的發(fā)展，高溫合金逐漸形成六個(gè)較為完整的部分。
    一、變形高溫合金
    變形高溫合金是指可以進(jìn)行熱、冷變形加工，工作溫度范圍-253～1320℃，具有良好的力學(xué)性能和綜合的強(qiáng)、韌性指標(biāo)，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金。按其熱處理工藝可分為固溶強(qiáng)化型合金和時(shí)效強(qiáng)化型合金。
    1、固溶強(qiáng)化型合金
    使用溫度范圍為900～1300℃，ZUI高抗氧化溫度達(dá)1320℃。例如GH128合金，室溫拉伸強(qiáng)度為850MPa、屈服強(qiáng)度為350MPa；1000℃拉伸強(qiáng)度為140MPa、延伸率為85%,1000℃、30MPa應(yīng)力的持久壽命為200小時(shí)、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、機(jī)匣等部件。
    2、時(shí)效強(qiáng)化型合金
    使用溫度為-253～950℃，一般用于制作航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)的渦 與葉片等結(jié)構(gòu)件。制作渦 的合金工作溫度為-253～700℃,要求具有良好的高低溫強(qiáng)度和抗疲勞性能。 例如：GH4169合金，在650℃的ZUI高屈服強(qiáng)度達(dá)1000MPa；制作葉片的合金溫度可達(dá)950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸強(qiáng)度為490MPa，940℃、200MPa的持久壽命大于40小時(shí)。
    變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業(yè)提供結(jié)構(gòu)鍛件、餅材、環(huán)件、棒材、板材、管材、帶材和絲材。
 

(2)半奧氏體沉淀硬化不銹鋼。碳含量一般在0.1％左右，為改進(jìn)鑄造性能鑄造鋼的碳含量大于0.1％；他點(diǎn)的控制是本鋼設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，這類鋼在固溶處理后為奧氏體組織，在此狀態(tài)下進(jìn)行加工、成形、焊接。在調(diào)整處理(碳化物析出過(guò)程)后馬氏體點(diǎn)升高，降到室溫后為馬氏體組織或再通過(guò)簡(jiǎn)單的低溫處理(-72℃)后轉(zhuǎn)變成馬氏體(即馬氏體點(diǎn)在-72℃以上)；鉻含量一般在14％以上，以保證良好的不銹性和耐蝕性；選擇合適的鉻、鎳當(dāng)量配比以降低鋼中δ-鐵素體的含量；鋼中含有適量沉淀硬化元素。如鉬、鈦、鋁、鈮、銅等。有時(shí)鋼中含鈷，這一方面可以促進(jìn)鉬的強(qiáng)化作用，同時(shí)又不影響Ms點(diǎn)。
圖1 0Cr17Ni7TiAl鋼的熱處理工藝
圖2 0Cr17Ni4Cu4Nb鋼的熱處理工藝
(3)奧氏體沉淀硬化不銹鋼。選擇合適的鉻、鎳當(dāng)量配比，使其形成非常穩(wěn)定的奧氏體組織；為了彌補(bǔ)奧
半奧氏體沉淀硬化不銹鋼熱處理工藝
氏體強(qiáng)度的不足，通過(guò)加入鋁、鈦以形成Ni3Al、Ni3Ti，或加入磷形成M23(C＋P)6而進(jìn)行強(qiáng)化。
熱處理工藝 (1)馬氏體沉淀硬化不銹鋼。以O(shè)Crl7NiTiAl(Stainless W)和OCrl7Ni4Cu4Nb為例，其熱處理工藝如圖1和圖2所示。
(2)半奧氏體沉淀硬化不銹鋼。以0Cr15Ni7Mo2Al為例
(3)奧氏體沉淀硬化不銹鋼。以0Cr15Ni25Ti2MoAlVB為例其熱處理工藝

   二、鑄造高溫合金
    鑄造高溫合金是指可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金。其主要特點(diǎn)是：
    1. 具有更寬的成分范圍 由于可不必兼顧其變形加工性能，合金的設(shè)計(jì)可以集中考慮優(yōu)化其使用性能。如對(duì)于鎳基高溫合金，可通過(guò)調(diào)整成分使γ’含量達(dá)60%或更高，從而在高達(dá)合金熔點(diǎn)85%的溫度下，合金仍能保持優(yōu)良性能。
    2. 具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域 由于鑄造方法具有的特殊優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)零件的使用需要，設(shè)計(jì)、制造出近終形或無(wú)余量的具有任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)和形狀的高溫合金鑄件。
    根據(jù)鑄造合金的使用溫度，可以分為以下三類：
    第YI類：在-253～650℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在很大的范圍溫度內(nèi)具有良好的綜合性能，特別是在低溫下能保持強(qiáng)度和塑性均不下降。如在航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)上用量較大的K4169合金，其650℃拉伸強(qiáng)度為1000MPa、屈服強(qiáng)度850MPa、拉伸塑性15%；650℃，620MPa應(yīng)力下的持久壽命為200小時(shí)。已用于制作航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的擴(kuò)壓器機(jī)匣及航天發(fā)動(dòng)機(jī)中各種泵用復(fù)雜結(jié)構(gòu)件等。
    第二類：在650～950 ℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在高溫下有較高的力學(xué)性能及抗熱腐蝕性能。例如K419合金，950℃時(shí)，拉伸強(qiáng)度大于700MPa、拉伸塑性大于6%；950℃，200小時(shí)的持久強(qiáng)度極限大于230MPa。這類合金適于用做航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、導(dǎo)向葉片及整鑄渦輪。
    第三類： 在950～1100℃ 使用的定向凝固柱晶和單晶高溫合金 這類合金在此溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的綜合性能和抗氧化、抗熱腐蝕性能。例如DD402單晶合金，1100℃、130MPa的應(yīng)力下持久壽命大于100小時(shí)。這是國(guó)內(nèi)使用溫度ZUI高的渦輪葉片材料，適用于制作新型高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的一級(jí)渦輪葉片。
    隨著精密鑄造工藝技術(shù)的不斷提高，新的特殊工藝也不斷出現(xiàn)。細(xì)晶鑄造技術(shù)、定向凝固技術(shù)、復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)件的CA技術(shù)等都使鑄造高溫合金水平大大提高，應(yīng)用范圍不斷提高。