鎳基高溫合金的研發(fā)動(dòng)態(tài)

  鎳基合金是高溫合金中應(yīng)用范圍最為廣泛的一種合金,特別是在航空航天領(lǐng)域和國防領(lǐng)域,例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)彈等尖端設(shè)備的研制,占有重要地位。由于鎳基合金中可以溶解多種合金元素,且能保持較好的組織穩(wěn)定性,這為其性能的改善提供了許多途徑??萍嫉陌l(fā)展對(duì)鎳基高溫合金提出了更高的要求,為滿足市場需求,必須對(duì)鎳基高溫合金加快研究,提高其綜合性能。合金化優(yōu)化設(shè)計(jì)就是這個(gè)研發(fā)工作中一個(gè)重點(diǎn)。

  一、固溶強(qiáng)化

  對(duì)鎳基高溫合金性能強(qiáng)化的主要手段是添加適量的固溶強(qiáng)化元素。固溶強(qiáng)化型合金有著優(yōu)良的抗氧化和抗疲勞性能,同時(shí)還有較好的可塑性;其最突出的優(yōu)點(diǎn)是組織穩(wěn)定性?;谶@些特性,鎳基高溫合金可用于生產(chǎn)工作溫度較高的金屬零部件,如發(fā)動(dòng)機(jī)的扇葉。鎳的原子半徑和鎢、鉬等合金元素的原子半徑接近,基于這些特性,可使鎳同時(shí)溶解大量的鎢、鉬和鈷等合金元素,卻不會(huì)出現(xiàn)新的相。研究表明,常見金屬的固溶溫度范圍一般在1050~1560℃之間。美國研制出一種性能優(yōu)良的固溶強(qiáng)化型合金——鎳基變形高溫合金Haynes280,這種合金在1400℃的高溫時(shí),強(qiáng)度可達(dá)165MPa、延伸率可達(dá)87%。其主要是因?yàn)樵诤辖鹬屑尤肓穗y熔金屬元素,例如鎢和鉻等元素;同時(shí)在研制過程中添加少量的碳元素以形成碳化物,達(dá)到阻礙晶粒長大和強(qiáng)化晶界的作用。

  研究還表明,通過加入大量的鉬等難熔金屬元素,可以提高合金的強(qiáng)度;通過加入釕元素可以提高合金的組織穩(wěn)定性;通過加入一定數(shù)量的鎢等難熔金屬,可以在一定情況下提高合金的抗腐蝕性能;通過添加一定量的稀土可以極大地改善抗氧化腐蝕的性能。

  二、沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化

  對(duì)鎳基高溫合金添加一定量的沉淀強(qiáng)化元素可以使合金在時(shí)效時(shí)析出γ'-Ni3(Al,Ti))相,大大提高金屬的強(qiáng)度。但是在高溫工作條件下,析出相容易聚集長大,有的還會(huì)重新固溶于基體中,從而降低高溫強(qiáng)度。近年來氧化物彌散強(qiáng)化的鎳基高溫合金得到重視。這類合金通常采用機(jī)械合金化工藝,獲得超細(xì)的(小于50nm)在高溫下穩(wěn)定的氧化物均勻分散于合金基體中的顯微組織。其合金強(qiáng)度在接近合金本身熔點(diǎn)的條件下仍可維持,具有優(yōu)良的高溫蠕變性能、優(yōu)越的高溫抗氧化性能及抗碳、硫腐蝕性能。目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的主要有三種氧化物彌散強(qiáng)化的鎳基高溫合金:MA956合金在氧化氣氛下使用溫度可達(dá)1350℃,居高溫合金抗氧化、抗碳、硫腐蝕之首位,可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)襯。MA754合金在氧化氣氛下使用溫度可達(dá)1250℃并保持相當(dāng)高的高溫強(qiáng)度、耐中堿玻璃腐蝕,現(xiàn)已用于制作航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向器蓖齒環(huán)和導(dǎo)向葉片。MA6000合金在1100℃拉伸強(qiáng)度為222MPa,屈服強(qiáng)度為192MPa;1100℃/1000小時(shí)持久強(qiáng)度為127MPa,居高溫合金之首位,可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。

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