高温结构材料

高温结构材料

作者：10063122翁丰壕10063121温可明

关键词：高温合金金属间化合物

摘要：在材料中，有一类叫结构材料，主要利用其强度、硬度韧性等机械性能制成的各种材料。金属作为结构材料，一直被广泛使用。但是，由于金属易受腐蚀，在高温时不耐氧化，不适合在高温时使用。高温结构材料的出现，弥补了金属材料的弱点。这类材料具有能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，作为高温结构材料，非常适合。下面我们来了解高温结构材料的几种主要类型，制造工艺，应用现状及发展趋势，以便为我们的研究指明方向。

引言：随着工业文明的发展，全球一体化的深入，对深空世界的探索，人类对各种材料的要求也越来越高，特别是航空航天领域，对材料的耐高温性能有着近乎苛刻的要求。我们明白，只有提高材料的各项性能，才能让我们的飞行器更快，更强，所以对高温结构材料的研究，一直是我们注重的方向。

一、高温结构材料主要类型：高温合金：指在650°C以上温度下具有一定力学性能和抗氧化、耐腐蚀性能的合金。目前常是镍基、铁基、钴基高温合金的统称。金属间化合物：金属与金属或与类金属元素之

间形成的化合物。难熔金属合金：有将熔点高于锆熔一般指熔点高于1650℃并有一定储量的金属（钨、钽、钼、铌、铪、铬、钒、锆和钛），也点（1852℃）的金属称为难熔金属。以这些金属为基体，添加其他元素形成的合金称为难熔金属合金。等等

二、高温结构材料的应用现状： 1.镍基高温合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位，它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件。若以150MPA-100H持久强度为标准，而目前镍合金所能承受的最高温度〉1100℃，而镍合金约为950℃，铁基的合金〈850℃,即镍基合金相应地高出150℃至250℃左右。所以人们称镍合金为发动机的心脏。目前，在先进的发动机上，镍合金已占总重量的一半，不仅涡轮叶片及燃烧室，而且涡轮盘甚至后几级压气机叶片也开始使用镍合金。与铁合金相比，镍合金的优点是：工作温度较高，组织稳定、有害相少及抗氧化搞腐蚀能力大。与钴合金相比，镍合金能在较高温度与应力下工作，尤其是在动叶片场合。镍合金具有上述优点与其本身的某些卓越性能有关。镍为面心立方体，组织非常

高温合金生产用关键设备真空炉

稳定，从室温到高温不发生同素异型转变；这对选作基体材料十分重

要。众所周知，奥氏体组织比铁素体组织具有一系列的优点。镍具有高的化学稳定性，在500度以下几乎不发生氧化，学温下也不受温气、水及某些盐类水溶液的作用。镍在硫酸及盐酸中溶解很慢，而在硝酸中溶解很快。镍具有很大的合金能力，甚至添加十余种合金元素也不出现有害相，这就为改善镍的各种性能提供潜在的可能性。纯镍的力学性能虽不强，但塑性却极好，尤其是低温下塑性变化不大。2.金属间化合物主要有TiAl,NiAl和铂族金属

TiAl由于其室温韧性低，断裂韧性小，断裂寿命的高压敏感性以及高的制造成本制约了其发展应用

NiAl则要求有更好的室温韧性和高温蠕变性能

ceramic matrix composites(CMCs)有良好的冲击抗性，高温稳定性。但是强度相对较低，即使比强度也相对较低，同时成本，可靠性，和寿命预测都需要做出努力。

Mo-Si-B有良好的高温蠕变强度，突出的高温屈服强度和超过1000时良好的抗氧化性，但是其中温抗氧化性不尽人意，同时可加工性，疲劳抗力，冲击抗力和断裂强度都较差

PGM合金有良好的抗氧化性，但其密度大，成本高，力学性能低. Nb-Si合金虽然在合金化后有良好的室温韧性(>20MPam0.5)，较好的高温强度(1473K,压缩强度310MPa），较好的可加工性，但其抗氧化性还需进一步提高，蠕变强度也不尽人意。同时由于其熔体温度过高且我们没有足够的工艺得到kg基的熔体，至今没有合适的材料作为模具生产部件。3.制造耐1093℃（2000°F）以上高温的结构材料所使

用的难熔金属主要是钨、钼、钽和铌。在难熔金属合金中钼合金是最早用作结构材料的合金,Mo-0.5Ti-0.1Zr-0.02C合金具有良好的高温强度和低温塑性，在工业上广泛应用。铌合金的出现迟于钼合金，但发展很快，已有30余种牌号。航天工业中使用的主要是中强合金和低强高塑性的铌合金。

三、发展前景：高温合金发展的趋势是进一步提高合金的工作温度和改善中温或高温下承受各种载荷的能力，延长合金寿命。就涡轮叶片材料而言，单晶叶片将进入实用阶段，定向结晶叶片的综合性能将得到改进。此外，有可能采用激冷态合金粉末制造多层扩散连接的空心叶片，从而适应提高燃气温度的需要。就导向叶片和燃烧室材料而言，有可能使用氧化物弥散强化的合金，以大幅度提高使用温度。为了提高抗腐蚀和耐磨蚀性能，合金的防护涂层材料和工艺也将获得进一步发展。难熔金属合金的发展趋势也和高温合金大同小异主要在加工方法坯锭塑性加工定向凝固技术定向凝固法粉末冶金技术等方面加以改进。充分利用难熔金属的各自特点，开发出性能优异的难熔金属合金将成为研究的重点。

四、参考文献

/ProductShow.asp?ID=348

/jscl/tsg/200806/124634.html

/pages/sipo/20048000/32/2c906139e008440f2f4b 20c532f8ed0e_0.html

李哲郑欣——难熔金属单晶技术现状与展望