高溫合金知識
高溫合金是在高溫嚴酷的機械應力和氧化、腐蝕環(huán)境下應用的一類合金。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行熱、冷變形加工，工作溫度范圍-253～1320℃，具有良好的力學性能和綜合的強、韌性指標，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化型合金和時效強化型合金。
    1、固溶強化型合金
    使用溫度范圍為900～1300℃，ZUI高抗氧化溫度達1320℃。例如GH128合金，室溫拉伸強度為850MPa、屈服強度為350MPa；1000℃拉伸強度為140MPa、延伸率為85%,1000℃、30MPa應力的持久壽命為200小時、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發(fā)動機燃燒室、機匣等部件。
    2、時效強化型合金
    使用溫度為-253～950℃，一般用于制作航空、航天發(fā)動機的渦 與葉片等結構件。制作渦 的合金工作溫度為-253～700℃,要求具有良好的高低溫強度和抗疲勞性能。 例如：GH4169合金，在650℃的ZUI高屈服強度達1000MPa；制作葉片的合金溫度可達950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸強度為490MPa，940℃、200MPa的持久壽命大于40小時。
    變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業(yè)提供結構鍛件、餅材、環(huán)件、棒材、板材、管材、帶材和絲材。
    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，合金的設計可以集中考慮優(yōu)化其使用性能。如對于鎳基高溫合金，可通過調(diào)整成分使γ’含量達60%或更高，從而在高達合金熔點85%的溫度下，合金仍能保持優(yōu)良性能。
    2. 具有更廣闊的應用領域 由于鑄造方法具有的特殊優(yōu)點，可根據(jù)零件的使用需要，設計、制造出近終形或無余量的具有任意復雜結構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度和塑性均不下降。如在航空、航天發(fā)動機上用量較大的K4169合金，其650℃拉伸強度為1000MPa、屈服強度850MPa、拉伸塑性15%；650℃，620MPa應力下的持久壽命為200小時。已用于制作航空發(fā)動機中的擴壓器機匣及航天發(fā)動機中各種泵用復雜結構件等。
    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性能及抗熱腐蝕性能。例如K419合金，950℃時，拉伸強度大于700MPa、拉伸塑性大于6%；950℃，200小時的持久強度極限大于230MPa。這類合金適于用做航空發(fā)動機渦輪葉片、導向葉片及整鑄渦輪。
    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的應力下持久壽命大于100小時。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)動機的一級渦輪葉片。
    隨著精密鑄造工藝技術的不斷提高，新的特殊工藝也不斷出現(xiàn)。細晶鑄造技術、定向凝固技術、復雜薄壁結構件的CA技術等都使鑄造高溫合金水平大大提高，應用范圍不斷提高。
    三、粉末冶金高溫合金
    采用霧化高溫合金粉末，經(jīng)熱等靜壓成型或熱等靜壓后再經(jīng)鍛造成型的生產(chǎn)工藝制造出高溫合金粉末的產(chǎn)品。采用粉末冶金工藝，由于粉末顆粒細小，冷卻速度快，從而成分均勻，無宏觀偏析，而且晶粒細小，熱加工性能好，金屬利用率高，成本低，尤其是合金的屈服強度和疲勞性能有較大的提高。
    FGH95粉末冶金高溫合金，650℃拉伸強度1500MPa；1034MPa應力下持久壽命大于50小時，是當前在650℃工作條件下強度水平ZUI高的一種盤件粉末冶金高溫合金。粉末冶金高溫合金可以滿足應力水平較高的發(fā)動機的使用要求,是高推重比發(fā)動機渦 、壓氣機盤和渦輪擋板等高溫部件的選擇材料。
    四、氧化物彌散強化（ODS）合金
    是采用獨特的機械合金化(MA)工藝，超細的(小于50nm)在高溫下具有超穩(wěn)定的氧化物彌散強化相均勻地分散于合金基體中，而形成的一種特殊的高溫合金。其合金強度在接近合金本身熔點的條件下仍可維持，具有優(yōu)良的高溫蠕變性能、優(yōu)越的高溫抗氧化性能、抗碳、硫腐蝕性能。
    目前已實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的主要有三種ODS合金：
    MA956合金 在氧化氣氛下使用溫度可達1350℃，居高溫合金抗氧化、抗碳、硫腐蝕之首位?？捎糜诤娇瞻l(fā)動機燃燒室內(nèi)襯。
    MA754合金 在氧化氣氛下使用溫度可達1250℃并保持相當高的高溫強度、耐中堿玻璃腐蝕?，F(xiàn)已用于制作航空發(fā)動機導向器蓖齒環(huán)和導向葉片。
    MA6000合金 在1100℃拉伸強度為222MPa、屈服強度為192MPa；1100℃，1000小時持久強度為127MPa，居高溫合金之首位，可用于航空發(fā)動機葉片。
    五、金屬間化合物高溫材料
    金屬間化合物高溫材料是近期研究開發(fā)的一類有重要應用前景的、輕比重高溫材料。十幾年來，對金屬間化合物的基礎性研究、合金設計、工藝流程的開發(fā)以及應用研究已經(jīng)成熟，尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制備加工技術、韌化和強化、力學性能以及應用研究方面取得了令人矚目的成就。
    Ti3Al基合金（TAC-1），TiAl基合金（TAC-2）以及Ti2AlNb基合金具有低密度（3.8～5.8g/cm3）、高溫高強度、高鋼度以及優(yōu)異的抗氧化、抗蠕變等優(yōu)點，可以使結構件減重35～50%。 Ni3Al基合金，MX-246具有很好的耐腐蝕、耐磨損和耐氣蝕性能，展示出極好的應用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蝕性能，在中溫（小于600℃）有較高強度，成本低，是一種可以部分取代不銹鋼的新材料。
    六、環(huán)境高溫合金
    在民用工業(yè)的很多領域，服役的構件材料都處于高溫的腐蝕環(huán)境中。為滿足市場需要，根據(jù)材料的使用環(huán)境，歸類出系列高溫合金。
    1、 高溫合金母合金系列
    2、 抗腐蝕高溫合金板、棒、絲、帶、管及鍛件
    3、 高強度、耐腐蝕高溫合金棒材、彈簧絲、焊絲、板、帶材、鍛件
    4、 耐玻璃腐蝕系列產(chǎn)品
    5、 環(huán)境耐蝕、硬表面耐磨高溫合金系列
    6、 特種精密鑄造零件（葉片、增壓渦輪、渦輪轉子、導向器、儀表接頭）
    7、 玻棉生產(chǎn)用離心器、高溫軸及輔件 8、 鋼坯加熱爐用鈷基合金耐熱墊塊和滑軌
    9、 閥門座圈
    10、 鑄造“U”形電阻帶
    11、 離心鑄管系列
    12、 納米材料系列產(chǎn)品
    13、 輕比重高溫結構材料
    14、 功能材料（膨脹合金、高溫高彈性合金、恒彈性合金系列）
    15、 生物醫(yī)學材料系列產(chǎn)品
    16、 電子工程用靶材系列產(chǎn)品
    17、 動力裝置噴嘴系列產(chǎn)品
    18、 司太立合金耐磨片
    19、 超高溫抗氧化腐蝕爐輥、輻射管。

所謂雙相不銹鋼是在其固淬組織中鐵素體相與奧氏體相各占一半，一般少相的含量也需要達到30%。

由于兩相組織的特點，通過正確控制化學成分和熱處理工藝，使DSS(Duplex Stainless Steel，簡稱DSS)，兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點。

與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優(yōu)勢如下：

⑴屈服強度比普通奧氏體不銹鋼高一倍多，且具有成型需要的足夠的塑韌性。采用雙相不銹鋼制造儲罐或壓力容器的壁厚要比常用的奧氏體減少30-50%，有利于降低成本。

⑵具有優(yōu)異的耐應力腐蝕破裂的能力，即使是含合金量 的雙相不銹鋼也有比奧氏體不銹鋼更高的耐應力腐蝕破裂的能力，尤其在含氯離子的環(huán)境中。應力腐蝕是普通奧氏體不銹鋼難以解決的突出問題。

⑶在許多介質中應用普遍的2205雙相不銹鋼的耐腐蝕性優(yōu)于普通的316L奧氏體不銹鋼，而超級雙相不銹鋼具有極高的耐腐蝕性，在一些介質中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奧氏體不銹鋼，乃至耐蝕合金。

⑷具有良好的耐局部腐蝕性能，與合金含量相當?shù)膴W氏體不銹鋼相比，它的耐磨損腐蝕和疲勞腐蝕性能都優(yōu)于奧氏體不銹鋼。

⑸比奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)低，和碳鋼接近，適合與碳鋼連接，具有重要的工程意義，如生產(chǎn)復合板或襯里等。

⑹不論在動載或靜載條件下，比奧氏體不銹鋼具有更高的能量吸收能力，這對結構件應付突發(fā)事故如沖撞，爆炸等，雙相不銹鋼優(yōu)勢明顯，有實際應用價值。

與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢如下：

⑴應用的普遍性與多面性不如奧氏體不銹鋼，例如其使用溫度必須控制在250攝氏度以下。

⑵其塑韌性較奧氏體不銹鋼低，冷，熱加工工藝和成型性能不如奧氏體不銹鋼。

⑶存在中溫脆性區(qū)，需要嚴格控制熱處理和焊接的工藝制度，以避免有害相的出現(xiàn)，損害性能。

與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優(yōu)勢如下：

⑴綜合力學性能比鐵素體不銹鋼好，尤其是塑韌性，不象鐵素體不銹鋼那樣對脆性敏感。

⑵除耐應力腐蝕性能外，其他耐局部腐蝕性能都優(yōu)于鐵素體不銹鋼。

⑶冷加工工藝性能和冷成型性能遠優(yōu)于鐵素體不銹鋼。

⑷焊接性能也遠優(yōu)于鐵素體不銹鋼，一般焊前不需預熱，焊后不需熱處理。

⑸應用范圍較鐵素體不銹鋼寬。與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢如下：合金元素含量高，價格相對高，一般鐵素體不含鎳。

綜上所述，可以概括地看出DSS的使用性能和工藝性能的樣貌，它以其優(yōu)越的力學與耐腐蝕綜合性能贏得了使用者的青睞，已成為既節(jié)省重量又節(jié)省投資的優(yōu)良的耐蝕工程材料。