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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。
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。
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GH230 固溶強(qiáng)化的抗氧化合金，在1200℃以下具有高的熱強(qiáng)性，具有優(yōu)良的抗氧化性能和良好的沖壓、焊接工藝性能，長期使用組織性能。是我國使用溫度的合金之一。
GH500 Udimet500 合金采用高Al高Ti沉淀強(qiáng)化的時(shí)效合金，具有高的屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度，應(yīng)用于直升機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)渦部分。
GH520 Udimet520 該合金是一種合金化程度較高的沉淀強(qiáng)化鎳基合金，可在980℃以下長期使用，在高溫下具有良好的抗拉強(qiáng)度、較高的高溫硬度和好的抗氧化性能。
GH536 HastelloyX 合金性能水平與GH3044合金相當(dāng)，適用于制作在900℃以下長期使用的發(fā)動(dòng)機(jī)室及其它高溫部件。
GH586 為我國自行研制的難變形鎳基高溫合金，合金在-196℃~800℃范圍內(nèi)，具有高的屈服強(qiáng)度和持久蠕變強(qiáng)度和良好的抗氧化性能，現(xiàn)階段國內(nèi)綜合性能的渦材料。在1050℃以上對(duì)鈉鹽的耐蝕能力稍差。
GH600 Inconel600 固溶強(qiáng)化的耐熱耐蝕合金，具有良好的抗高溫腐蝕性能、抗氧化性能、冷熱加工性能、低溫機(jī)械性能、冷熱疲勞性能。650℃下具有較高的強(qiáng)度，成型性好，易于焊接。
GH625 Inconel625 合金具有良好的耐腐蝕和抗氧化性能，從低溫到980℃具有良好的拉伸性能和疲勞性能，以及耐鹽霧下的應(yīng)力腐蝕。
GH648 эп648 高鉻合金，在高溫條件下具有良好的耐蝕性能和綜合力學(xué)性能。
GH698 эи698 >在550~800℃范圍內(nèi)具有高的持久強(qiáng)度和良好的綜合性能，與Waspaloy合金性能水平相當(dāng)。
GH708 эп708 新型鎳基時(shí)效合金，該合金具有較高的高溫強(qiáng)度，優(yōu)良的抗氧化性能和一定的可焊性能，可在900℃下長期使用。
GH864 Waspalloy 合金在540~815℃溫度范圍內(nèi)具有良好的耐燃?xì)飧g能力、較高的屈服強(qiáng)度和疲勞性能，工藝塑性良好，組織。
GH742 эп742ид rowspan="2" 合金在750~950℃具有良好的高溫性能，是目前變形高溫合金中合金化程度的渦材料，在大推力發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛應(yīng)用。
GH500 Udimet500 合金采用高Al高Ti沉淀強(qiáng)化的時(shí)效合金，具有高的屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度，應(yīng)用于直升機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)渦部分。
GH520 Udimet520 該合金是一種合金化程度較高的沉淀強(qiáng)化鎳基合金，可在980℃以下長期使用，在高溫下具有良好的抗拉強(qiáng)度、較高的高溫硬度和好的抗氧化性能。
GH536 HastelloyX 合金性能水平與GH3044合金相當(dāng)，適用于制作在900℃以下長期使用的發(fā)動(dòng)機(jī)室及其它高溫部件。
GH586 為我國自行研制的難變形鎳基高溫合金，合金在-196℃~800℃范圍內(nèi)，具有高的屈服強(qiáng)度和持久蠕變強(qiáng)度和良好的抗氧化性能，現(xiàn)階段國內(nèi)綜合性能的渦材料。在1050℃以上對(duì)鈉鹽的耐蝕能力稍差。
GH600 Inconel600 固溶強(qiáng)化的耐熱耐蝕合金，具有良好的抗高溫腐蝕性能、抗氧化性能、冷熱加工性能、低溫機(jī)械性能、冷熱疲勞性能。650℃下具有較高的強(qiáng)度，成型性好，易于焊接。
GH625 Inconel625 合金具有良好的耐腐蝕和抗氧化性能，從低溫到980℃具有良好的拉伸性能和疲勞性能，以及耐鹽霧下的應(yīng)力腐蝕。
GH648 эп648 高鉻合金，在高溫條件下具有良好的耐蝕性能和綜合力學(xué)性能。
GH698 эи698 >在550~800℃范圍內(nèi)具有高的持久強(qiáng)度和良好的綜合性能，與Waspaloy合金性能水平相當(dāng)。
GH708 эп708 新型鎳基時(shí)效合金，該合金具有較高的高溫強(qiáng)度，優(yōu)良的抗氧化性能和一定的可焊性能，可在900℃下長期使用。
GH864 Waspalloy 合金在540~815℃溫度范圍內(nèi)具有良好的耐燃?xì)飧g能力、較高的屈服強(qiáng)度和疲勞性能，工藝塑性良好，組織。
GH742 эп742ид rowspan="2" 合金在750~950℃具有良好的高溫性能，是目前變形高溫合金中合金化程度的渦材料，在大推力發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛應(yīng)用。
(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(碳化物析出過程)后馬氏體點(diǎn)升高，降到室溫后為馬氏體組織或再通過簡單的低溫處理(-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
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
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