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傳統(tǒng)的劃分高溫合金材料可以根據(jù)以下3 種方式來進行: 按基體元素種類、合金強化類型、材料成型方式來進行劃分。
1、按基體元素種類
⑴鐵基高溫合金
鐵基高溫合金又可稱作耐熱合金鋼。 它的基體是Fe 元素,加入少量的Ni、Cr 等合金元素,耐熱合金鋼按其正火要求可分為馬氏體、奧氏體、珠光體、鐵素體耐熱鋼等。
⑵鎳基高溫合金
鎳基高溫合金的含鎳量在一半以上,適用于1 000℃以上的工作條件,采用固溶、時效的加工過程,可以使抗蠕變性能和抗壓抗屈服強度大幅。目前就高溫環(huán)境使用的高溫合金來分析,使用鎳基高溫合金的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鐵基和鈷基高溫合金用處。同時鎳基高溫合金也是我國產(chǎn)量、使用量的一種高溫合金. 很多渦輪發(fā)動機的渦輪葉片及燃燒室,甚至渦輪增壓器也使用鎳基合金作為制備材料。半個多世紀(jì)以來,航空發(fā)動機所應(yīng)用的高溫材料承受高溫能力從20 世紀(jì)40 年代末的750℃提高到90 年代末的1 200℃應(yīng)該說,這一巨大也促使鑄造工藝加工及表面涂層等方面快速發(fā)展。
⑶鈷基高溫合金
鈷基高溫合金是以鈷為基體,鈷含量大約占60%,同時需要加入Cr、Ni 等元素來高溫合金的耐熱性能,雖然這種高溫合金耐熱性能較好,但由于各個鈷資源產(chǎn)量比較少,加工比較困難,因此用量不多。通常用于高溫條件( 600 ~ 1 000℃) 和較長時間受極限復(fù)雜應(yīng)力高溫零部件,例如航空發(fā)動機的工作葉片、渦 、燃燒室熱端部件和航天發(fā)動機等。為了獲得更優(yōu)良的耐熱性能,一般條件下要在制備時添加元素如W、MO、Ti、Al、Co,以保證其優(yōu)越的抗熱抗疲勞性。
2、合金強化類型
根據(jù)合金強化類型,高溫合金可以分為固溶強化型高溫合金和時效沉淀強化合金。
⑴固溶強化型
所謂固溶強化型即添加一些合金元素到鐵、鎳或鈷基高溫合金中,形成單相奧氏體組織,溶質(zhì)原子使固溶體基體點陣發(fā)生畸變,使固溶體中滑移阻力增加而強化。有些溶質(zhì)原子可以降低合金系的層錯能,提高位錯分解的傾向,導(dǎo)致交滑移難于進行,合金被強化,達到高溫合金強化的目的。
⑵時效沉淀強化
所謂時效沉淀強化即合金工件經(jīng)固溶處理,冷塑性變形后,在較高的溫度放置或室溫保持其性能的一種熱處理工藝。例如:GH4169 合金,在650℃的屈服強度達1 000 MPa,制作葉片的合金溫度可達950℃。




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 根據(jù)鑄造合金的使用溫度,可以分為以下三類:
  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(yīng)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(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,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(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。這是國內(nèi)使用溫度的渦輪葉片材料,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(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。
粉末冶金
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(xì)小,冷卻速度快,從而成分均勻,無宏觀偏析,而且晶粒細(xì)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(yīng)力下持久壽命大于50小時,是當(dāng)前在650℃工作條件下強度水平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(yīng)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。




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金屬材料進口不銹鋼市場行情

司太立合金的典型牌號有:Stellite1,Stellite4,Stellite6,Stellite8,Stellite12,Stellite20,Stellite31,Stellite100等。在我國,主要對司太立高溫合金研究比較深入和透徹。與其它高溫合金不同,司太立高溫合金不是由與基體牢固結(jié)合的有序沉淀相來強化,而是由已被固溶強化的奧氏體fcc基體和基體中分布少量碳化物組成。鑄造司太立高溫合金卻是在很大程度上依靠碳化物強化。純鈷晶體在417℃以下是密排六方(hcp)晶體結(jié)構(gòu),在更高溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)閒cc。為了避免司太立高溫合金在使用時發(fā)生這種轉(zhuǎn)變,實際上所有司太立合金由鎳合金化,以便在室溫到熔點溫度范圍內(nèi)使組織穩(wěn)定化。司太立合金具有平坦的斷裂應(yīng)力-溫度關(guān)系,但在1000℃以上卻顯示出比其他高溫下具有優(yōu)異的抗熱腐蝕性能,這可能是因為該合金含鉻量較高,這是這類合金的一個特征。

熱處理

司太立合金中的碳化物顆粒的大小和分布以及晶粒尺寸對鑄造工藝很敏感,為使鑄造司太立合金部件達到所要求的持久強度和熱疲勞性能,必須控制鑄造工藝參數(shù)。司太立合金需進行熱處理,主要是控制碳化物的析出。對鑄造司太立合金而言,首先進行高溫固溶處理,溫度通常為1150℃左右,使所有的一次碳化物,包括部分MC型碳化物溶入固溶體;然后再在870-980℃進行時效處理,使碳化物(常見的為M23C6)重新析出。

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