高温合金
高温合金概述
1.1 高温合金1.1.1 高温合金及其发展概况高温合金是指以铁、钴、镍为基体，能在600℃以上温度，一定应力条件下适应不同环境短时或长时使用的金属材料。
具有较高的高温强度、塑性，良好的抗氧化、抗热腐蚀性能，良好的热疲劳性能，断裂韧性，良好的组织稳定性和使用可靠性。
高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用的可靠性，基于上述性能特点，且高温合金的合金化程度很高，故在英美称之为超合金（Superalloy）。
高温合金于20世纪40年代问世，最初就是为满足喷气发动机对材料的耐高温和高强度要求而研制的，高温合金的发展与航空发动机的进步密切相关，1939年英国Mond镍公司首先研究出Nimonic75，随后又研究出Nimonic80合金，并在1942年成功用作涡轮气发动机的叶片材料，此后该公司又在合金中加入硼、锆、钴、钼等合金元素，相继开发成功Nimonic80A、Nimonic90等合金，形成Nimonic合金系列。
如今先进航空发动机中高温合金用量已超过50%。
此外，在航天、核工程、能源动力、交通运输、石油化工、冶金等领域得到广泛的应用。
高温合金在满足不同使用条件中得到发展，形成各种系列的合金，除传统的高温合金外，还开发出一批高温耐磨、高温耐蚀的合金。
高温合金是航空发动机、火箭发动机、燃气轮机等高温热端部件的不可代替的材料，由于其用途的重要性，对材料的质量控制与检测非常严格。
高温合金的基本用途仍旧是飞行器的燃气轮发动机的高温部分，它要占先进的发动机重量的50％以上。
然而，这些材料在高温下极好的性能已使其用途远远超出了这一行业。
除了航空部件之外，规定将这些合金用于舰船、工业、陆地发电站以及汽车用途的涡轮发动机上。
具体的发动机部件包括涡轮盘、叶片、压缩机轮、轴、燃烧室、后燃烧部件以及发动机螺栓。
除了燃气发动机行业之外，高温合金还被选择用于火箭发动机、宇宙、石油化工、能源生产、内燃烧发动机、金属成形(热加工工模具)、热处理设备、核电反应堆和煤转换装置。
高温合金
5.3
高温合金的强化
镍基高温合金应用广泛,铁基高温合金和钴基高温合金也有 一定的应用.所有高温合金都含有多种合金元素,有时多达几十 种.这些合金元素将产生合金强化. 合金强化:加入的多种合金元素与基体元素(镍,铁或钴)产 生作用,从而产生强化效应: 固溶强化 第二相强化(沉淀析出强化和弥散相强化) 晶界强化 工艺强化:采用新工艺,或者改善冶炼,凝固结晶,热加工, 热处理及表面处理等环节从而改善合金组织结构而强化. 高温合金强化=合金强化+ 高温合金强化=合金强化+工艺强化
周和低周疲劳性能,蠕变与疲劳交互作用下的力学性能,抗氧化和抗热腐蚀性能.
高温合金物理常数:密度,熔化温度,比热,热膨胀系数和热导率等. 用户还对生产过程进行控制:对生产中的原材料,生产工艺,生产设备
和测量仪表,操作工序和操作人员素质.生产和质量管理水平等进行考核和"冻结". 合金转厂生经有关航空生产工程来源批准后,生产出的合金必须检验三炉批全面 性能,并检查主要生产工序中半成品质量. 新研制的合金还需经地面台架试车和空中试飞.
1
高温合金概述
国外高温合金发展状况 1929年:英美Meriea,Bedford和Pilling将少量的Ti和Al加入到 80Ni-20Cr电工合金,蠕变显著强化. 1937年:德Hans von ohain涡轮喷气发动机Heinkel问世. 1939年:英研制出Whittle涡轮喷气发动机. 1939年:英Mond镍公司(国际镍公司)研制出镍基合金Nimonic 75,准备用作Whittle发动机涡轮叶片,后为Nimonic 80取代,其 含铝,钛,蠕变性能比Nimonic 75高50℃. 1942年:Nimonic 80用作涡轮喷气发动机的叶片,成为最早的 Ni3(A1,Ti)强化的涡轮叶片材料.此后,该公司在合金中加入 硼,锆,钴,钼等合金元素,相继开发了Nimonic80A,Nimonic 90等合金,形成Nimonic合金系列.
高温合金牌号 国标
高温合金牌号国标摘要：1.高温合金概述2.高温合金牌号国标分类3.各类高温合金的特点及应用4.国标高温合金牌号的选择与实用建议正文：高温合金是指在高温环境下具有良好的抗氧化性、热疲劳性、蠕变性等性能的合金。
它们广泛应用于航空航天、电力、石油化工等高温环境中。
根据我国国家标准，高温合金牌号分为以下几类：1.镍基高温合金：以镍为主要基体的合金，具有优良的抗氧化性、热疲劳性和蠕变性能。
常见的牌号有IN718、IN738、IN925等。
2.铁基高温合金：以铁为主要基体的合金，具有良好的高温强度和抗氧化性。
常见的牌号有Fecralloy、Fe-Cr-Al等。
3.钴基高温合金：以钴为主要基体的合金，具有优异的耐热腐蚀性和高温强度。
常见的牌号有CoCrMo、CoNiCr等。
4.铜基高温合金：以铜为主要基体的合金，具有良好的导热性和抗氧化性。
常见的牌号有Cu-Al-Mn、Cu-Ni-Mn等。
在选择高温合金牌号时，需根据实际应用场景和性能要求进行筛选。
以下是一些实用建议：1.针对高温环境，优先选择具有良好抗氧化性、热疲劳性和蠕变性能的合金。
例如，镍基高温合金在高温下具有优异的抗氧化性，适用于高温氧化性环境。
2.考虑合金的力学性能和使用寿命。
不同牌号的高温合金具有不同的力学性能，如强度、硬度等。
在满足使用要求的前提下，选择具有较高使用寿命的合金。
3.关注合金的加工性能。
高温合金的加工性能较差，选择时应充分考虑生产工艺的可行性。
如铁基高温合金较易加工，适用于生产制造。
4.考虑合金的焊接性能。
部分高温合金在焊接过程中易产生裂纹、变形等问题，选择时应注意其焊接性能。
如镍基高温合金焊接性能较好，可用于焊接结构件。
5.结合实际应用场景，参照国标牌号表进行选择。
国标中详细列出了各类高温合金牌号及其性能参数，可根据实际需求进行筛选。
总之，在选择高温合金牌号时，应充分考虑使用环境、性能要求、加工焊接等因素。
各种高温合金特性的介绍
各种高温合金特性的介绍高温合金是指在高温环境下具有良好性能的合金材料。
它们具有耐高温、抗氧化、抗蠕变等特性，在航空航天、能源、化工等领域具有广泛应用。
下面将介绍几种常见的高温合金及其特性。
1.镍基高温合金镍基高温合金是目前应用最为广泛的一类高温合金。
它们的主要特性如下：-耐高温性能优异：镍基高温合金能在高温下保持良好的力学性能，能在1000℃以上长期使用。
-抗氧化：镍基高温合金能在高温气氛中形成致密的氧化层，防止进一步氧化。
-耐蠕变性能优异：镍基高温合金具有优异的抗蠕变性能，能在高温下长期承受较大的应力而不发生塑性变形。
-抗化学侵蚀能力强：镍基高温合金能够抵抗大多数腐蚀介质的侵蚀，适用于复杂的化工环境。
2.钛基高温合金钛基高温合金是一类新兴的高温合金材料，其主要特性如下：-耐高温性能优异：钛基高温合金可以在600℃以上长期使用，一些类型的钛基高温合金甚至可以在900℃以上使用。
-轻质高强度：钛基高温合金具有较低的密度和高的强度，适用于高温结构轻量化的需求。
-抗氧化：钛基高温合金通过表面氧化处理形成一层致密、防氧化的外层，具有很好的抗氧化性能。
-耐腐蚀性：钛基高温合金在酸碱、盐等腐蚀介质中的耐蚀性能较强，适用于复杂化学环境。
3.铝基高温合金铝基高温合金是一类用铝为基础元素的高温合金。
其主要特性如下：-耐高温性能优异：铝基高温合金一般在500℃以上能够长期使用，一些铝基高温合金甚至在900℃以上也有应用。
-轻质高强度：铝基高温合金的密度较低，但强度较高，适用于高温结构轻量化和高载荷需求。
-抗氧化：铝基高温合金能在高温下形成致密的氧化层，具有较好的抗氧化性能。
-耐蠕变性能优异：铝基高温合金能在高温下保持较好的力学性能，抗蠕变性能突出。
4.铂基高温合金铂基高温合金是一类以铂为基础元素的高温合金-高温稳定性：铂基高温合金在高温下具有较高的稳定性，具有较好的抗氧化性能。
-耐蠕变性能优异：铂基高温合金具有优异的抗蠕变性能，可以在高温高应力下使用。
高温合金含量明细表
高温合金含量明细表高温合金是一种具有优异耐热、抗氧化、耐腐蚀和抗热疲劳性能的特种合金材料，广泛应用于航空航天、能源、化工等领域。
为了正确评估和使用高温合金材料，制定高温合金含量明细表是十分必要的。
本文将从材料分类、主要成分、含量要求等方面详细介绍高温合金含量明细表。
1. 材料分类高温合金根据使用温度的不同，可分为高温亚合金和高温超合金两类。
高温亚合金一般使用温度在600℃以下，包括镍基、铁基和钴基亚合金。
高温超合金一般使用温度在600℃至1000℃之间，包括镍基、镍铁基和铁基超合金。
2. 主要成分高温合金的主要成分是金属元素，根据不同的材料类型和性能要求，其组成有所差异。
然而，一般来说，高温合金的主要成分包括镍、铁、钴等基体元素，以及铬、钼、钨、铝、钛、铌等合金元素。
这些合金元素的添加和配比决定了高温合金的结构和性能，其中镍基高温合金是最常用的。
3. 含量要求高温合金的含量要求对于保证材料的性能至关重要。
高温合金含量明细表是根据国际标准和行业规范制定的，包含了各种合金元素的最低和最高含量要求。
这些要求一般以质量百分比或质量分数的形式给出。
举例来说，一种常用的镍基高温合金的含量要求可能是：镍（55-60%）、铬（15-21%）、铝（4-6%）、钛（2-3%）、钨（3-5%）等。
高温合金含量明细表的编制需要依据具体的材料标准和客户需求。
各种高温合金材料在应用领域和工艺要求上存在差异，因此需根据实际情况进行调整和制定。
此外，高温合金含量明细表还应包含其他信息，如元素含量的允许偏差范围、检测方法和标准等。
制定高温合金含量明细表有助于保证高温合金的质量和性能，并提供给使用者有关材料组分的准确信息，以便选材和进行工艺设计。
对于生产厂家和供应商而言，高温合金含量明细表也是进行质保和质控的重要依据，有助于确保产品符合规范要求。
总结而言，高温合金含量明细表是用于确保高温合金材料质量和性能的重要文件。
通过明确每种元素的含量要求，可为材料的选择、设计和使用提供准确的依据。
高温合金十大品牌
前三名品牌的市场份额与竞争力分析
• 总结词：高温合金市场的领头羊，市场份额大， 竞争力强，技术实力雄厚，研发能力强。
前三名品牌的市场份额与竞争力分析
• 详细描述 • 品牌A：作为高温合金市场的领导者，品牌A的市场份额一直稳居首位，显示
出强大的竞争力。他们拥有先进的技术实力和强大的研发能力，不断推出新产 品以满足市场需求。此外，品牌A的产品质量可靠，性能稳定，得到了用户的 广泛认可。 • 品牌B：品牌B是高温合金市场上的重要参与者，市场份额和竞争力均较强。 他们注重技术创新和研发投入，拥有多项专利技术，为产品的升级换代提供了 有力保障。同时，品牌B在市场营销方面也表现出色，拥有广泛的客户群体和 品牌知名度。 • 品牌C：品牌C是高温合金市场的一匹黑马，近年来市场份额不断增长，竞争 力逐渐增强。他们凭借创新的产品设计和优质的服务赢得了客户的青睐，逐渐 在市场上占据了一席之地。此外，品牌C还注重与客户的合作，根据客户需求 定制产品，满足不同用户的需求。
04
高温合金品牌的研发与技术进 步
Chapter
前三名品牌的研发与技术进步
• 总结词：领头羊地位、研发投入大、技术成果突
前三名品牌的研发与技术进步
• 详细描述 • 品牌A：作为高温合金领域的领头羊，该品牌长期以来一直保持着技术领先地
位。公司投入大量研发经费，专注于新型高温合金材料的研发，并取得了多项 技术成果，如高强度高温合金、耐腐蚀高温合金等。 • 品牌B：该品牌在高温合金领域的研发实力和技术成果仅次于品牌A。公司注 重技术创新和产品升级，不断推出适应市场需求的新型高温合金材料，如轻质 、高强度、高导热性等。 • 品牌C：该品牌在高温合金领域的技术实力较强，拥有多项核心专利和技术成 果。公司注重研发投入，与高校和研究机构合作，不断推进高温合金材料的研 发和应用。
高温合金方面的经典著作
高温合金方面的经典著作（实用版）目录一、高温合金的概述二、高温合金的性能要求三、高温合金的典型应用领域四、经典著作介绍五、总结正文一、高温合金的概述高温合金是指在高温环境下具有良好的抗氧化性、热疲劳性、蠕变性和耐磨性等综合性能的合金。
这类合金在航空航天、能源、汽车等领域具有广泛的应用。
高温合金的发展与新型发动机技术的突破密切相关，对于提高发动机的热效率、降低排放和延长使用寿命具有重要意义。
二、高温合金的性能要求高温合金在高温环境下需要具备以下性能：1.高温强度：在高温下保持足够的强度，以承受应力。
2.抗氧化性：在高温氧化环境下，具有良好的抗腐蚀性能。
3.热疲劳性：在高温循环应力作用下，具有较高的疲劳寿命。
4.蠕变性：在长时间高温作用下，具有较低的蠕变速率。
5.耐磨性：在高温摩擦环境中，具有较高的耐磨性能。
三、高温合金的典型应用领域1.航空航天：发动机、涡轮、叶片等关键部件。
2.能源：燃气轮机、锅炉、核电等高温环境。
3.汽车：涡轮增压器、排气管等部件。
4.军事：火箭、导弹等高技术武器。
四、经典著作介绍在高温合金领域，有许多经典的著作为研究者和工程师提供了宝贵的理论知识和实践经验。
以下是一些值得推荐的经典著作：1.《高温合金学》：该书详细讲述了高温合金的基本原理、性能、工艺和应用，是高温合金领域的经典之作。
2.《高温合金材料及应用》：该书从高温合金的性能要求、组织结构、合金设计等方面进行了系统阐述，对高温合金研究和应用具有较高的参考价值。
3.《高温合金手册》：该书是一本权威的高温合金工具书，涵盖了高温合金的种类、性能、工艺和应用等方面的内容，对相关领域的研究和工作者具有较大的实用价值。
五、总结高温合金在航空航天、能源、汽车等领域具有广泛的应用，其性能要求和应用领域对其研究和发展提出了较高的要求。
高温合金分类及牌号标准
高温合金分类及牌号标准
摘要：
一、高温合金的分类
1.按合金基体元素分类
2.按强化类型分类
3.按成形方式分类
二、高温合金牌号标准
1.我国的高温合金牌号标准
2.国外的高温合金牌号近似对照
3.高温合金牌号的具体举例
正文：
一、高温合金的分类
高温合金是一种在高温环境下具有良好的抗氧化性、热疲劳性、蠕变性和耐磨性等综合性能的合金材料。
根据合金基体元素的不同，高温合金可分为铁和铁镍基、镍基和钴基三类。
根据合金强化类型的不同，高温合金可分为固溶强化型合金和时效强化型合金。
根据合金材料成形方式的不同，高温合金可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温合金三类。
二、高温合金牌号标准
我国高温合金牌号标准主要遵循GB/T 14992 标准。
在这个标准中，包含了许多高温合金的牌号，例如GH4169、GH2901 等。
此外，国外也有相应的高温合金牌号近似对照，以便于各国之间的交流与合作。
具体举例来说，固溶强化型铁基合金的牌号包括GH1015、GH1035、GH1040、GH1131、GH1140 等；时效硬化性铁基合金的牌号包括
GH2018、GH2036、GH2038、GH2130、GH2132、GH2135、GH2136、GH2302、GH2696 等；固溶强化型镍基合金的牌号包括GH605、GH606、GH607、GH608、GH609、GH610 等。
总之，高温合金的分类和牌号是一个复杂的体系，不同类型的高温合金具有不同的性能和用途。
航空叶片材料——高温合金
高温合金高温合金又叫热强合金、超级合金。
按基体组织材料可分为三类：铁基、镍基和铬基。
按生产方式可分为变形高温合金与铸造高温合金。
按强化机理可分为碳化物强化、固溶强化、时效强化和弥散强化。
一般用于航空发动机耐高温材料的制造，特别是喷气发动机最后两级压气机和最初两级涡轮叶片、燃烧室、加力燃烧室、涡轮盘、涡轮叶片及紧固件的制造。
是重要战略物资，各航空大国都在极其保密的条件下研制。
随着科技事业的发展，高温合金逐渐形成六个较为完整的部分。
一、变形高温合金变形高温合金是指可以进行热、冷变形加工，工作温度范围-253～1320℃，具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标，具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能的一类合金。
按其热处理工艺可分为固溶强化型合金和时效强化型合金。
1、固溶强化型合金使用温度范围为900～1300℃，最高抗氧化温度达1320℃。
例如GH128合金，室温拉伸强度为850MPa、屈服强度为350MPa；1000℃拉伸强度为140MPa、延伸率为85%,1000℃、30MPa 应力的持久寿命为200小时、延伸率40%。
固溶合金一般用于制作航空、航天发动机燃烧室、机匣等部件。
2、时效强化型合金使用温度为-253～950℃，一般用于制作航空、航天发动机的涡轮盘与叶片等结构件。
制作涡轮盘的合金工作温度为-253～700℃,要求具有良好的高低温强度和抗疲劳性能。
例如：GH4169合金，在650℃的最高屈服强度达1000MPa；制作叶片的合金温度可达950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸强度为490MPa，940℃、200MPa的持久寿命大于40小时。
变形高温合金主要为航天、航空、核能、石油民用工业提供结构锻件、饼材、环件、棒材、板材、管材、带材和丝材。
二、铸造高温合金铸造高温合金是指可以或只能用铸造方法成型零件的一类高温合金。
其主要特点是：1. 具有更宽的成分范围由于可不必兼顾其变形加工性能，合金的设计可以集中考虑优化其使用性能。
高温合金
1. 高温合金的定义：高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定盈利作用下长期工作的一类金属材料。
2. 高温合金的命名方法：变形高温合金以“GH”加4位阿拉伯数字表示。
前缀后第一位数字表分类号，1、2表铁基或铁镍基，3、4表镍基，5、6表钴基；1、3、5表固溶强化型合金，2、4、6表时效沉淀型合金。
前缀后的第2、3、4位表合金编号。
铸造高温合金以“K”加3位阿拉伯数字表示。
前缀后第一位数字表分类号，含义与变形合金相同，第2、3位表合金编号。
粉末高温合金以“FGH”加阿拉伯数字表示。
3. 高温合金主要用于四大热端部件：导向器、涡轮叶片、涡轮盘、燃烧室。
4. 常见的高温合金基体有哪几种？ 铁基 镍基 钴基5. 高温合金的固溶强化机制：固溶度小的合金元素较之固溶度大的合金元素，会产生更强烈的固溶强化作用，但其溶解度小却又限制其加入量。
6. 合金元素的固溶强化能力排序：Cr<Mo<W<V<Nb<Ta<Al<Ti<Be7. 影响蠕变的重要因素：层错能8. 合金元素对层错能的影响规律：合金元素对镍的层错能的影响按下列次序递减：W Ti Cr Co Cu Fe。
对于奥氏体铁，合金元素对层错能的影响也很显著，低层错能合金的高温强度较高。
9. 第二相强化的本质：第二相质点与位错的交互作用是合金第二相强化的本质。
10. 第二相强化机制：第二相质点强化是由两个相晶格错配产生的弹性应力场对位错运动施加的阻力，其作用完全与固溶强化中由溶质原子尺寸不同引起的弹性应力场的作用相似。
11. 高温合金γ’是如何强化其性能的?γ’相本身既有较好的强度又是可以产与变形的，不会由于吸出大量γ’或存在 大块γ’相而造成严重的脆性。
所以使得γ’相成为高温合金的主要强化相。
12. 碳化物时效强化的条件？1）具有高温下可以溶解和低温下析出的可能性。
2）碳化物的结构与奥氏体基体相似，具有均匀析出的条件。
高温合金
2) 沉淀强化 通过高温固溶后淬火时效的方法，使过饱和的固溶体中
析出共格第二相的γ′, γ″, 碳化物等细小颗粒均匀分布基体上，产生阻 碍位错运动，起到强化作用。
沉淀强化与下列因素有关：
① 错配度。错配度 共格应力强化是γ′相强化的一个重要因素，错 配度越大，强化越高。图3示出Ni-AI-Me合金高温最大硬度与错配度关 系，在γ′相强化的Ni-AI二元合金中加入铌 、钽、钒、硅、锰、镓
2) 导向叶片 导向叶片是调整从燃烧室出来的燃气流动方向的部件。
先进涡轮发动机导向叶片工作温度可高达1100℃，但叶片承受的应力比 较低，一般在70MPa以下。对材料要求是：高温强度好，热疲劳抗力佳， 抗氧化、耐蚀性优异，并具有一定的抗冲击强度和组织稳定性。
10
高温合金中、合金元素的固溶强化作用，首先是与溶质和溶剂原子 尺寸因素差别相关联；此外，两种原子的电子因素差别和化学因素差别 都有很大影响，而这些因素也是决定合金元素在基体中的溶解度的因素。 固溶度小的合金元素较之度大的合金元素，会产生更强烈的固溶强化作 用，但其溶解度小又限制其加入量；固溶度大的元素可以增加其加入量 而获得更大的强化效果。
(2) 工艺强化
1) 粉末冶金
高熔点元素钨、钼、钽的加入，凝固时会在铸件内部 产生偏析，造成组织不均。采用粒度数十至数百微米的合金粉末，经过压 制、烧结，成形的零件，可消除偏析，组织均匀，并节省材料，做到既经 济又合理。
17
2) 定向凝固
由于高温合金中存在多种合金元素，塑性和韧性都很
差，通常采用精密铸造工艺成型。铸造结构中的等轴晶粒的晶界，处于垂 直于受力方向时，最易产生裂纹。叶片旋转时受的拉应力和热应力，平行 于叶片的纵轴，采用定向凝固工艺形成沿纵轴方向的柱状晶粒，消除垂直 于应力方向的晶界，可使热疲劳寿命提高10倍以上。通过严格控制陶瓷壳 型冷却梯度方法，做成单晶涡轮叶片，其承温能力比一般铸造方法的材料 承温提50~100℃，寿命增加4倍。
高性能金属结构材料－高温合金1.pdf
中、高温性能有害 (Nv>2.5,中温长期时效) 4μ-A7B6相 (三角晶系): 高W,Mo合金中出现 4 不常见的相:Laves相,R相,δ相
镍、铁、钴的合金化能力不同，镍具有最好的相稳定 性，铁最差，这是最重要的特性。镍或镍铬基体可以 固溶更多的合金元素而不生成有害的相，而铁或铁镍 基体却只能固溶较少的合金元素，有强烈的析出各种 有害相的倾向。这一特性为改善镍的各种性能提供了 潜在的可能性，而铁、钴则受到了一定的限制。
镍、铁、钴的这种特性与其各自的电子结构有关。
a 常规铸造等轴晶合金 b 定向凝固合金
c 单晶合金
左图为高温 合金的光学 显微镜照 片，通常为 枝晶组织， 枝晶间白色 大块为共晶 γ′相。
左图为高温 合金的扫描 电镜照片， 黑色块状为 γ′相，白色 编篮状为 γ，白色块 状为碳化 物。
形成筏排结构的过程可以分为以下几步:①γ′相的部分 溶解;②溶解的γ′相形成元素扩散;③扩散的元素在γ′颗 粒外延生长。
铸造合金：CC：K （28） DS：DZ（~10） SX：DD
粉末合金：FGH（95，96）
四、高温合金的应用背景与发展历史
¾主要应用领域
航空、航天、核工业、能源动力、交通运 输、石油化工、冶金等
¾航空上的应用
航空发动机（叶片、涡轮盘、燃烧室等） 高温合金用量>50%（高性能发动机上 60%）
航空发动机构造
高温合金的应用背景与发展历史
高温合金化学成分标准
高温合金通常用于高温和腐蚀性环境下，如航空发动机、燃气轮机、化工设备等。
其化学成分标准因合金的种类而异。
以下是一些常见高温合金的主要成分和相应的标准：
尼克尔基高温合金：
Inconel系列：ASTM标准B163、B167、B407、B423、B444、B751、B775、B829等。
Hastelloy系列：ASTM标准B619、B622、B626、B366、B574等。
钴基高温合金：
Haynes系列：AMS（Aerospace Material Specifications）标准等。
Stellite系列：AMS标准、ASTM标准等。
铬基高温合金：
Incoloy系列：ASTM标准B163、B407、B514、B515、B751、B775、B829等。
Inconel系列：上述的Inconel系列也包含铬基高温合金。
铁基高温合金：
耐磨合金：ASTM标准A297、A532等。
高铬铁基合金：ASTM标准A560等。
这些合金的具体化学成分标准通常包括对元素的含量、热处理条件等方面的规定。
不同的国家和地区可能有各自的标准组织发布的标准，如美国的ASTM、欧洲的EN等。
此外，航空、能源、化工等行业也可能有自行发布的标准。
因此，具体合金的化学成分标准需要查阅相关的标准文献和规范。
高温合金是什么
高温合金是什么高温合金是什么凡在应力及高温(一般指600~650摄氏度以上)同时作用下，具有长时间抗蠕变能力与高的持久强度和高的抗蚀性的金属材料，称为耐热合金或高温合金。
常用的有铁基合金、镍基合金、钴基合金，还有铬基合金、钼基合金及其他合金等。
高温合金是制造燃汽轮机、喷气式发动机等高温下工作零部件的重要材料。
高温合金是在高温严酷的机械应力和氧化、腐蚀环境下应用的一类合金。
随着科技事业的发展，高温合金逐渐形成六个较为完整的部分。
一、变形高温合金变形高温合金是指可以进行热、冷变形加工，工作温度范围-253,1320?，具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标，具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能的一类合金。
按其热处理工艺可分为固溶强化型合金和时效强化型合金。
1、固溶强化型合金使用温度范围为900,1300?，最高抗氧化温度达1320?。
例如GH128合金，室温拉伸强度为850MPa、屈服强度为350MPa;1000?拉伸强度为140MPa、延伸率为85%,1000?、30MPa应力的持久寿命为200小时、延伸率40%。
固溶合金一般用于制作航空、航天发动机燃烧室、机匣等部件。
2、时效强化型合金使用温度为-253,950?，一般用于制作航空、航天发动机的涡轮盘与叶片等结构件。
制作,700?,要求具有良好的高低温强度和抗疲劳性能。
例如:涡轮盘的合金工作温度为-253GH4169合金，在650?的最高屈服强度达1000MPa;制作叶片的合金温度可达950?，例如:GH220合金，950?的拉伸强度为490MPa，940?、200MPa的持久寿命大于40小时。
变形高温合金主要为航天、航空、核能、石油民用工业提供结构锻件、饼材、环件、棒材、板材、管材、带材和丝材。
二、铸造高温合金铸造高温合金是指可以或只能用铸造方法成型零件的一类高温合金。
其主要特点是:1. 具有更宽的成分范围由于可不必兼顾其变形加工性能，合金的设计可以集中考虑优化其使用性能。
高温合金
2.4.3.2 涡轮盘合金成分、组织和性能
• 涡轮盘的性能要求
– 高强度 – 高断裂韧性 – 抗初始裂纹能力 – 低的疲劳裂纹扩展能力。 – 抗蠕变？
Distribution of Contributing Factors to the Strength
Matrix (pure Ni) ~20% Solid solution + Tertiary γ ’ ~30% Secondary γ’ ~35% Grain Boundary + Primary γ’ ~15%
• FGH4095
– 镍基沉淀硬化型粉末高温合金，可在1050°C以下长 期使用
镍基高温合金中 的主要相
Typical nickel-base superalloys are variations of an austenitic nickel-chromiumtungsten (or molybdenum) matrix, further hardened by coherent particles of γ’(Ni3Al,Ti) with optional additions of cobalt, niobium, tantalum, zirconium, boron, hafnium, carbon, and iron. Single-crystal superalloys do not require grain boundary strengthening elements so that boron, carbon, zirconium, and hafnium are eliminated.
高温合金的微观组织
• γ相: 基体相 • γ’ 相: 主要强化相 • 镍基高温合金的典型组织是在基
高温合金的种类
高温合金的种类高温合金是一种能够在高温环境下保持稳定性能的合金材料。
它们通常包含铬、钼、钨、铂、镍等元素，这些元素可以提高材料的耐热性和耐腐蚀性。
高温合金广泛应用于航空航天、石油化工、电力等领域。
一、镍基高温合金镍基高温合金是最常见的一种高温合金，具有优异的耐热性和耐腐蚀性。
它们通常由镍、钼、钨等元素组成，同时加入少量的铬和铁。
其中，Inconel系列是最为知名的镍基高温合金之一，具有优异的耐磨性和抗氧化性能。
二、钴基高温合金钴基高温合金也称为超级合金，以其出色的机械强度和抗氧化性能而闻名。
它们通常由钴、铬、镍等元素组成，并加入少量的铝和钛。
此外，Haynes系列也是一种广泛应用于航空航天领域的钴基高温合金。
三、铁基高温合金铁基高温合金通常由铁、铬、铝等元素组成，具有优异的耐高温和抗氧化性能。
它们通常应用于电力行业，如汽轮机叶片和燃烧器等部件。
其中，Incoloy系列是一种著名的铁基高温合金。
四、钨基高温合金钨基高温合金以其极高的熔点和优异的耐高温性能而闻名。
它们通常由钨、铜等元素组成，并加入少量的镍和铬。
钨基高温合金广泛应用于航空航天领域和核工业领域。
五、其他高温合金此外，还有许多其他类型的高温合金，如钛基高温合金、铂基高温合金等。
这些材料具有不同的特性和应用领域。
结语：总之，各种类型的高温合金都是在特殊环境下发挥作用的材料。
它们具有优异的耐热性、耐腐蚀性和机械强度，在航空航天、石油化工、电力等领域得到了广泛应用。
不同类型的高温合金具有不同的特点和应用领域，选择合适的高温合金材料对于提高产品性能和延长使用寿命具有重要意义。
高温合金的冶炼与熔炼工艺
针对不同的应用场景，研发具有优异性能的新型 高温合金材料，以满足航空、能源、化工等领域 的需求。
环保与可持续发展
高温合金的冶炼和熔炼工艺将更加注重环保和可 持续发展，减少对环境的负面影响。
技术挑战与对策
高温合金纯净度控制
纯净度是高温合金质量的关键因素，需要采用先进的冶炼 和熔炼技术，如真空熔炼、电渣重熔等，以获得高纯净度 的高温合金。
高温合金的冶炼与熔炼工艺 录
• 高温合金简介 • 高温合金的冶炼工艺 • 高温合金的熔炼工艺 • 高温合金的特性与性能 • 高温合金的应用与案例分析 • 高温合金的未来发展与挑战
01
高温合金简介
高温合金的定义
01
高温合金是一种能够在高温环境 下保持优良性能的金属材料，通 常是指在600℃以上的环境中能 够长期稳定工作的合金。
真空度控制
在真空熔炼过程中，需要控制真空度 以保证金属或合金的纯净度。
搅拌与混合
通过搅拌和混合，促进合金元素的均 匀分布和化学反应的进行。
冷却速度
冷却速度对合金的相变过程和组织结 构有重要影响，需根据不同的合金体 系进行控制。
熔炼缺陷与防止措施
01
成分偏析
由于合金元素在熔融态下的溶解度和扩散速度不同，可能导致成分偏析
能源与化工领域应用
在能源和化工领域，高温环境下的材料性能要求不断提高，高温 合金的应用将更加广泛。
国际合作与交流
加强国际合作与交流，引进先进技术和管理经验，提高我国高温 合金产业的国际竞争力。
THANKS
感谢观看
悬浮熔炼技术
利用悬浮原理，使金属在 熔炼过程中与坩埚材料分 离，减少杂质污染。
熔炼设备
高温真空炉
《高温合金简述》课件
3
未来发展
随着技术的不断创新，取向结晶技术在高温合金制备中的应用前景广阔。
高温合金的热处理工艺
1
固溶处理
高高温合金的强度和耐腐蚀性能。
3
退火处理
改善高温合金的晶粒结构和内部应力。
高温合金的机械性能和腐蚀性能
机械性能
高温合金具有高强度、高硬度和良好的韧性。
腐蚀性能
《高温合金简述》
高温合金是一种特殊的金属材料，具有出色的耐高温性能和机械性能，被广 泛应用于航空航天、能源、化工、医疗器械和汽车工业等领域。
高温合金的分类
镍基合金
包括有铸造合金、变形合金和粉末冶金合金 等。
铁基合金
具有良好的耐腐蚀性能和高温强度，适用于 核电和石油化工等领域。
钴基合金
应用于高温腐蚀环境中，例如炼油和化工行 业。
高温合金的组成和制造工艺
合金组成
制造工艺
高温合金通常由金属元素和合金元素组成，如镍、 铁、钴、钛和铝等。
高温合金的制造过程包括熔炼、铸造、变形加工 和热处理等。
取向结晶技术在高温合金制备中的应用
1
取向结晶原理
通过控制结晶取向，提高高温合金的性能和使用寿命。
2
应用案例
取向结晶技术已成功应用于航空发动机叶片等高温合金零件的制备。
钛基合金
具有良好的高温强度和耐腐蚀性能，用于航 空航天和船舶制造。
高温合金的特性及应用
1 耐高温性能
高温合金具有出色的耐高温性能，可长时间在高温环境中工作。
2 优异的机械性能
高温合金具有高强度、高硬度和良好的抗腐蚀性能。
3 广泛应用领域
高温合金被广泛用于航空航天、能源、化工、医疗器械和汽车工业等领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
-Ta4- 4.5 ----Ta1.52 ---
粉末高温合金:"FGH"后跟阿拉伯数字表示 焊接用的高温合金丝:"HGH"后跟阿拉伯数字 MGH——机械合金化粉末高温合金 DK——定向凝固高温合金 DD——单晶铸造高温合金 70年代以前,我国高温合金牌号简单,变形高温合金只有3 位数字编号,铸造高温合金只有2位数字编号,即省略了前 缀后的表示基体类别和强化型类别的第一位数字,如 "K17",即现在的"K417","GH39"即为现在的 "GH3039"
--
8.5
--
5
1.8
--
--
K406 K409 K417ห้องสมุดไป่ตู้K417G K418 K419 K438 K640 K644
0.15 0.1 0.18 0.18 0.12 0.11 0.15 0.5 0.25
15.5 8 9 9 12.5 6 16 25.5 29.5
余 余 余 余 余 余 余 10.5 10.5
合金牌 号 K211
国外牌号
C 0.15
Cr
Ni
Co
W
Mo
Al
Ti
Fe 余
Nb
其他
BAT-45Y
20
46
--
8
--
--
--
--
--
K401
AHB-300 GMR235D B-1900 IN-100 Rene'100 IN713C TRWVIA IN738 X-40 FSX-414
0.05
15.5
余
高温合金的用途 航空发动机:现代航空发动机中用量占发动机总量的40%～60%, 主要用于四大热端部件:导向器,涡轮叶片,涡轮盘和燃烧室. 火箭发动机及燃气轮机高温热端部件 70年代以来,高温合金在原子能,能源动力,交通运输,石油 化工,冶金矿山和玻璃建材等诸多民用工业部门得到推广应用, 这类高温合金中一部分主要仍然利用高温合金的高温高强度特性, 而另有一大部分则主要是开发和应用高温合金的高温耐磨和耐腐 蚀性能. 目前美国高温合金总产量约为每年2.3～3.6万t,大约1/2～1 /3应用于耐蚀的材料.高温耐磨耐蚀的高温合金,由于主要目标 不是高温下的强度,因此这些合金成分上的特点是以镍,铁或钴 为基,并含有大约20%～35%的铬,大量的钨,钼等固溶强化元 素,而铝,钛等γ形成元素则要求含量甚少或者根本不加入.
国外高温合金牌号按生产厂家的注册商标命名: 牌号 注册商家 CMSX Cannon-Muskegon Corporation(佳能-穆斯克贡公司) Discaloy Westinghouse corporation(西屋公司) Gatorize United Aircraft Company(联合航空公司) Haynes Haynes Stellite C0mpany(汉因斯.司泰特公司) Hastelloy Cabot Corporation(钴业公司) Inconel Inco Alloys International,Inc(国际因科合金公司) Mar-M Martin Marietta corporation(马丁马丽塔公司) Multiphase Standard Pressed Steel Co(标准压制钢公司) Nimonjc Mond Nickel Company(蒙特镍公司) Rene General Electric Company(通用电气公司) REP Whittaker Corporation(惠特克公司) Udmit Special Metal,Inc,(特殊金属公司) Unitemp Universal-Cyclops steel Corporation(宇宙-独眼巨人钢公司) Vitallium Howmet Corporation(豪梅特公司) Waspaloy Pratt&Whitney Company(普拉特-惠脱尼公司)
制造工艺对高温合金的发展起着极大的推进作用. 二十世纪40年代～50年代中期: 通过合金成分的调整来提高合金的性能. 二十世纪40 年代: 出现了真空熔炼技术,去除合金中有害杂质和气体,精确控 制合金成分,如Mar-M200,In100和B1900等高性能的铸造高温合 金. 二十世纪60年代: 定向凝固,单晶合金,粉末冶金,机械合金化,陶瓷过滤, 等温锻造等新型工艺的研究开发.其中定向凝固工艺所起的作用 尤为重要,采用定向凝固工艺制出的单晶合金,其使用温度接近 合金熔点的90%,至今,各国先进航空发动机无不采用单晶高温 合金涡轮叶片.
1
高温合金概述
国外高温合金发展状况 1929年:英美Meriea,Bedford和Pilling将少量的Ti和Al加入到 80Ni-20Cr电工合金,蠕变显著强化. 1937年:德Hans von ohain涡轮喷气发动机Heinkel问世. 1939年:英研制出Whittle涡轮喷气发动机. 1939年:英Mond镍公司(国际镍公司)研制出镍基合金Nimonic 75,准备用作Whittle发动机涡轮叶片,后为Nimonic 80取代,其 含铝,钛,蠕变性能比Nimonic 75高50℃. 1942年:Nimonic 80用作涡轮喷气发动机的叶片,成为最早的 Ni3(A1,Ti)强化的涡轮叶片材料.此后,该公司在合金中加入 硼,锆,钴,钼等合金元素,相继开发了Nimonic80A,Nimonic 90等合金,形成Nimonic合金系列.
周和低周疲劳性能,蠕变与疲劳交互作用下的力学性能,抗氧化和抗热腐蚀性能.
高温合金物理常数:密度,熔化温度,比热,热膨胀系数和热导率等. 用户还对生产过程进行控制:对生产中的原材料,生产工艺,生产设备
和测量仪表,操作工序和操作人员素质.生产和质量管理水平等进行考核和"冻结". 合金转厂生经有关航空生产工程来源批准后,生产出的合金必须检验三炉批全面 性能,并检查主要生产工序中半成品质量. 新研制的合金还需经地面台架试车和空中试飞.
高温合金的质量要求: 外部质量:外部轮廓形状,尺寸精度,表面缺陷清理方法.
锻制圆饼:鼓形,无歪扭;锻制或轧制棒材不圆度≤直径偏差的70%,弯曲度≤ 6mm/1000mm;热轧板材不平度≤l0mm/1000mm.
内部质量:化学成分,组织,力学及物理和化学性能等. 化学成分:除主元素外,对氧,氢,氮及铅,铋,锡,锑,银,砷等含量都有
70年代初:高温合金的生产试制和研究已初具规模,通过仿制, 消化和发展苏联高温合金为主体的合金及其工艺,质量达到或 超过苏联标准和实物水平. 我国资源缺镍少钴,铁基高温合金的研制,生产和应用成 为六七十年代的主线. 至70年代初,研制生产的铁基高温合金牌号达33个,其中 我国独创的达18种之多.大量应用至今的有GHll40,GH2135, GH35A和K213等4种合金. 70年代后:引进欧美发动机WS-8,WS-9,WZ-6,WZ-8,并研 制生产WP-13等发动机,引进和试制了一批欧美体系的高温合 金,使我国高温合金生产水平接近西方工业国家的水平. 自行研究和开发了一批新的镍基合金,如GH4133, GH4133B,GH3128,GHl70,K405,K423A,K419等.
40多年来: 研究,试制和生产了100多种高温合金,总计产量达6万t左右. 生产高温合金的装备:大型真空感应炉,不同容量的电渣炉,1～ 7t大型真空电弧炉,200kg真空电子束炉以及大型快锻,精锻机, 挤压机,水压机等设备. 国际公认的工艺技术:低偏析新技术和加镁微合金化技术. 通过低偏析技术,控制杂质元素磷,硫,硅等的低含量,创制了 一系列低偏析合金,其承温能力比原型合金高20℃～25℃.在国 外加Mg净化材质和改善热加工性能基础上,我国七八十年代进一 步发现Mg的偏聚晶界,改变晶界行为可显著提高合金的持久强度 和塑性等性能. 1964年开始,高温合金应用于民用工业部门,如柴油机增压 涡轮,地面燃气轮机,烟气轮机,核反应堆燃料空位格架等.在 民用工业的推广应用中,除传统的高温高强度的高温合金外,还 相继开发出一批高温耐磨和高温耐蚀的高温合金.
5.2
高温合金分类和牌号表示法
高温合金分类: 按合金基体元素种类分: 铁基高温合金:含镍量达25%～60%,又称为铁镍基合金 镍基高温合金 钴基高温合金 按合金强化类型分: 固溶强化型合金 时效沉淀强化型合金 按合金材料成形方式分: 变形高温合金:饼,棒,板,环形件,管,带和丝 铸造高温合金:普通精密铸造,定向凝固和单晶合金 粉末冶金高温合金:普通和氧化物弥散强化合金 按使用特性: 高强度合金,高屈服强度合金,抗松弛合金,低膨胀合金, 抗热腐蚀合金等.
-10 15 10 -12 8.5 余 余
-----10 2.6 7.5 7.3
5.5 6 3 3 5.3 2 1.7 ---
3.75 6 5.2 5.2 6 5.3 3.25 ---
2.5 1 4.8 4.4 0.8 1.2 3.3 ---
----------
----2.2 2.9 0.9 ---
高 温 合 金
5.1 5.2 5.3 高温合金概述 高温合金分类和牌号表示法 高温合金的强化
1 高温合金概述
概念: 概念: 高温合金是指以铁,镍,钴为基,能在600℃以上的 高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料. 性能特点: 性能特点 ⑴高温合金具有较高的高温强度; ⑵良好的抗氧化和抗热腐蚀性能; ⑶良好的疲劳性能,断裂韧性,塑性. 组织特点: 组织特点: 高温合金为单一(奥氏体)基体组织,在各种温度下 具有良好的组织稳定性和使用的可靠性.
5.3
高温合金的强化
镍基高温合金应用广泛,铁基高温合金和钴基高温合金也有 一定的应用.所有高温合金都含有多种合金元素,有时多达几十 种.这些合金元素将产生合金强化. 合金强化:加入的多种合金元素与基体元素(镍,铁或钴)产 生作用,从而产生强化效应: 固溶强化 第二相强化(沉淀析出强化和弥散相强化) 晶界强化 工艺强化:采用新工艺,或者改善冶炼,凝固结晶,热加工, 热处理及表面处理等环节从而改善合金组织结构而强化. 高温合金强化=合金强化+ 高温合金强化=合金强化+工艺强化