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高温合金管成分和性能:镍基合金是高温合金管中应用广、高温强度高的一类合金。
其主要原因,一是镍基合金中可以溶解较多合金元素,且能保持较好的组织稳定性;
二是可以形成共格有序的 A3B型金属间化合物γ"[Ni3(Al,Ti)]相作为强化相,使合金得到有效的强化,获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度;
三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗yang化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素,其中Cr主要起抗yang化和抗腐蚀作用,其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为:固溶强化元素,如钨、钼、钴、铬和钒等;沉淀强化元素,如铝、钛、铌和钽;晶界强化元素,如硼、锆、镁和稀土元素等。
镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。
固溶强化型合金,具有一定的高温强度,良好的抗yang化,抗热腐蚀,抗冷、热疲劳性能,并有良好的塑性和焊接性等,可用于制造工作温度较高、承受应力不大(每平方毫米几公斤力)的部件,如燃气轮机的燃烧室
沉淀强化型合金,通常综合采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式,因而具有良好的高温蠕变强度、抗pi劳性能、抗yang化和抗热腐蚀性能,可用于制作高温下承受应力较高(每平方毫米十几公斤力以上的部件,如燃气轮机的涡轮叶片等。
高温合金管应具有高的蠕变强度和持久强度(见蠕变)、良好的抗热疲劳和机械疲劳性能(见疲劳)、良好的抗氧化和抗燃气腐蚀性能以及组织稳定,其中以蠕变强度和持久强度为重要。提高高温合金强度的途径有:
固溶强化 加入与基体金属原子尺寸不同的元素(铬、钨、钼等)引起基体金属点阵的畸变,加入能降低合金基体堆垛层错能的元素(如钴)和加入能减缓基体元素扩散速率的元素(钨、钼等),以强化基体。
沉淀强化 通过时效处理,从过饱和固溶体中析出第二相(γ┡、γ"、碳化物等),以强化合金(见合金相)。γ┡相与基体相同,均为面心立方结构,点阵常数与基体相近,并与晶体共格,因此γ┡相在基体中能呈细小颗粒状均匀析出,阻碍位错运动,而产生显著的强化作用。
晶界强化 在高温下,合金的晶界是薄弱环节(见界面),加入微量的硼、锆和稀土元素可改善晶界强度。这是因为稀土元素能净化晶界,硼、锆原子能填充晶界空位,降低蠕变过程中晶界扩散速率,抑制晶界碳化物的集聚和促进晶界第二相球化。另外,铸造合金中加适量的铪,也能改善晶界的强度和塑性。还可通过热处理在晶界形成链状分布的碳化物或造成弯曲晶界,提高塑性和强度。
氧化物弥散强化 通过粉末冶金方法,在合金中加入高温下仍保持稳定的细小氧化物,呈弥散分布状态,从而获得显著的强化效应。通常加入的氧化物有ThO2和Y2O3等。这些氧化物是通过阻碍位错运动和稳定位错亚结构等因素而使合金得到强化的。
高温合金管按强化方式有固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤维强化型等(见金属的强化)。
氧化物弥散强化(ODS)合金管
是采用独特的机械合金化(MA)工艺,超细的(小于50nm)在高温下具有超稳定的氧化物弥散强化相均匀地分散于合金基体中,而形成的一种特殊的高温合金。其合金强度在接近合金本身熔点的条件下仍可维持,具有优良的高温蠕变性能、优越的高温抗氧化性能、抗碳、硫腐蚀性能。
已实现商业化生产的主要有三种ODS合金:
MA956合金在氧化气氛下使用温度可达1350℃,居高温合金抗氧化、抗碳、硫腐蚀之首位。可用于航空发动机燃烧室内衬。
MA754合金在氧化气氛下使用温度可达1250℃并保持相当高的高温强度、耐中碱玻璃腐蚀。现已用于制作航空发动机导向器蓖齿环和导向叶片。
MA6000合金在1100℃拉伸强度为222MPa、屈服强度为192MPa;1100℃,1000小时持久强度为127MPa,居高温合金之首位,可用于航空发动机叶片。
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