鎳基高溫合金的發(fā)展及應(yīng)用

  高溫合金是指以鐵,、鎳,、鈷為基,,能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料,。并具有較高的高溫強度,,良好的抗氧化和抗腐蝕性能,,良好的疲勞性能,、斷裂韌性等綜合性能,。高溫合金為單一奧氏體組織,,在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性,。那么,以鎳為基體(含量一般大于50%) 在650~1000℃范圍內(nèi)具有較高的強度和良好的抗氧化,、抗燃?xì)飧g能力的高溫合金稱之為鎳基高溫合金(以下簡稱“鎳基合金”),。

  鎳基高溫合金的發(fā)展包括兩個方面:合金成分的改進和生產(chǎn)工藝的革新。鎳基高溫合金是30年代后期開始研制的,。英國于1941年首先生產(chǎn)出鎳基高溫合金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。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。初期的鎳基高溫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?xì)廨啓C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),,鎳基高溫合金的工作溫度從 700℃提高到1100℃,平均每年提高10℃左右,。

  鎳基高溫合金是高溫合金中應(yīng)用最廣,、高溫強度最高的一類合金。其主要原因,,一是鎳基合金中可以溶解較多合金元素,,且能保持較好的組織穩(wěn)定性;二是可以形成共格有序的 A3B型金屬間化合物g [Ni3(Al,,Ti)]相作為強化相,,使合金得到有效的強化,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?xì)飧g能力,。鎳基合金含有十多種元素,其中Cr主要起抗氧化和抗腐蝕作用,,其他元素主要起強化作用,。根據(jù)它們的強化作用方式可分為:固溶強化元素,如鎢,、鉬,、鈷,、鉻和釩等;沉淀強化元素,,如鋁,、鈦、鈮和鉭,;晶界強化元素,, 如硼、鋯,、鎂和稀土元素等,。鎳基合金按強化方式有固溶強化型合金和沉淀強化型合金。