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高温合金管按基体元素主要可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。
铁基高温合金是一种在600~800摄氏度高温下有一定强度和抗氧化、抗燃气腐蚀的材料。主要以铁为基体、含一定量铬和镍的奥氏体合金。
发展过程
铁基高温合金是从奥氏体不锈钢发展起来的。40年代,发现18-8型不锈钢中加入钼、铌、钛等元素可提高这种钢在500~700℃条件下的持久强度,从而制成以美国牌号 16-25-6(Fe-25Ni-16Cr-6Mo)为代表的加工硬化型奥氏体耐热钢。为了适应航空工业对耐高温材料的需要,发展出一系列沉淀强化型Fe-Ni-Cr系、Fe-Ni-Co-Cr系高温合金,如A286、Incoloy 901等。第二次世界大战期间,德、日等国迫于战争需要和镍资源缺乏,发展出Fe-Cr-Mn系、Fe-Ni-Cr-Mn系高温合金。这样就逐步形成铁基高温合金系列。50年代,美国为节约镍资源还研制出无镍的AF-71(Fe-Cr-Mn系)合金,用于制造燃气轮机部件。中国结合本国资源条件,于50年代末开始研制铁基合金,发展出一系列Fe-Ni-Cr系固溶强化型、沉淀强化型的高温合金,如GH140、GH130、GH135、K13、K14等。
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高温合金管分类:常用的高温合金有铁基、镍基和钴基3种。
铁基超耐热合金,铁基高温合金管是奥氏体不锈钢发展起来的,含有一定量的铬和镍等元素。它是中等温度(600~800℃)条件下使用的重要材料,具有校核的中温力学性能和良好的热加工塑性,合金成分比较简单,成本较低。主要用于制作航空发动机和工业燃气轮机上涡 ,也可以制作导向叶片、涡轮叶片、燃烧室,以及其他承力件、紧固件灯。另一用途是制作柴油机上的废气增压涡轮。
镍基超耐热合金,以镍为基体(含量一般大于50%)、在650~1000℃范围内具有较的强度和良好的抗氧化性、抗燃气腐蚀能力的高温合金。
镍基合金是高温合金中应用广、高温强度的一类合金。其主要原因,一是镍基合金中可以溶解较多的合金元素,且能保持较好的稳定性;二是可以形成共格有序的A3B型金属间化合物γ’-[Ni(Al,Ti)]相作为强化相,使合金的得到有效的强化,获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度;三是很含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。
钴基合金一般含镍10%~22%,铬20%~30%以及钨、钼、钽和铌等固溶强化和碳化物形成元素,含碳量很高,是一类以碳化物为主要强化相的高温合金。钴基合金的耐热能力与固溶强化元素和碳化物形成元素含量多少有关。
成分和性能
铁基高温合金管中的镍是形成和稳定奥氏体的主要元素,并在时效处理过程中形成Ni3(Ti、Al)沉淀强化相。铬主要用来提高抗氧化性、抗燃气腐蚀性。钼、钨用来强化固溶体。铝、钛、铌用于沉淀强化。碳、硼、锆等元素则用于强化晶界。铁基高温合金按制造工艺可分为变形高温合金和铸造高温合金,按强化方式可分为加工硬化型、固溶强化型和沉淀强化型高温合金(见金属的强化)。一些典型的铁基高温合金的成分和性能见表。组织 铁基高温合金的基体为奥氏体,主要的沉淀强化相有γ"【Ni3(Ti、Al)】和γ"(Ni3Nb)相两类。此外,还有微量碳化物、硼化物、Laves(如Fe2Mo)相和δ相等。与镍基高温合金组织相比,铁基合金中相组织较复杂,稳定性较差,容易析出η(如Ni3Ti)、σ(如FexCry)、G(如Fe6Ni16Si7)、μ(如Fe7Mo6)和Laves等有害相(见合金相)。几种典型合金的组织见。
合金的热处理
合金的热处理主要是固溶处理和时效处理,以获得合适的晶粒度,分布合理和大小适宜的强化相,有利的晶界状态,使合金具有良好的综合性能。例如,用于制造涡 件的材料,晶粒度一般在4~5级;γ"相大小约为100~500┱,均匀分布于基体;晶界有分布均匀的球化了的析出相(如碳化物、Laves相等)。
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