高温合金成分设计
高温合金钢hc-22成分
高温合金钢hc-22成分
高温合金钢HC-22是一种具有优异高温强度和耐腐蚀性能的合
金钢，通常用于制造高温高压的设备和零部件，比如石油化工、航
空航天等领域。
其具体成分如下：
1. 铁（Fe），铁是高温合金钢的主要成分，通常占据合金钢成
分的大部分。
2. 镍（Ni），镍是提高高温合金钢强度和耐腐蚀性能的重要合
金元素，HC-22中镍的含量较高。
3. 钼（Mo），钼的加入可以显著提高高温合金钢的强度和硬度。
4. 铬（Cr），铬是不锈钢的主要合金元素，能够提高高温合金
钢的耐腐蚀性能。
5. 钛（Ti），钛的加入可以提高高温合金钢的耐腐蚀性能和热
稳定性。
6. 铌（Nb），铌是一种强化元素，可以有效地提高高温合金钢
的强度和韧性。
7. 铜（Cu），铜的加入可以改善高温合金钢的耐蚀性和抗热腐蚀性能。
除了上述主要成分外，高温合金钢HC-22还可能含有微量的其他合金元素，以及一定比例的碳、硫、磷等杂质元素。
这些成分的精确比例和含量会根据具体的制造标准和要求而有所不同。
总的来说，高温合金钢HC-22的成分设计旨在使其具有优异的高温强度、耐腐蚀性能和热稳定性，以满足特定工程和应用的要求。
ZrTiHfVNb系难熔高熵合金成分设计及性能研究
ZrTiHfVNb系难熔高熵合金成分设计及性能研究ZrTiHfVNb系难熔高熵合金成分设计及性能研究摘要：本文针对难熔高熵合金ZrTiHfVNb系进行了成分设计，并分析了其组织结构和力学性能。
在实验室高温合金制备系统中，采用真空感应熔炼技术和真空感应熔炼/等温热处理法，制备了系列ZrTiHfVNb复合材料。
通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析ZrTiHfVNb系难熔高熵合金并评估其宏观和微观结构。
对合金进行了拉伸、压缩和硬度等常规机械性能测试，并进行了高温抗氧化性和耐腐蚀性测试。
结果表明，ZrTiHfVNb高熵合金表现出优异的机械性能和高温稳定性，这归功于合金中多个组成元素的强互作用和高度均匀的微观结构。
难熔高熵合金研究的进步，将选择和优化材料组分的范围扩大到了构成更复杂莫大的材料平衡体系，这对于开发新型高温结构材料将具有重要意义。
关键词：难熔高熵合金，成分设计，微观结构，机械性能，高温稳定性1.引言难熔高熵合金（High Entropy Alloys，HEAs）是材料科学研究的新兴领域之一，具有许多优秀的材料特性。
HEAs的组成是通过将不同元素添加至均匀的固溶体中实现的，这使其不仅具有普通单相相同性能材料所具有的优秀性能，而且具有相变和相分离来增强其力学性能。
这种更复杂和多功能的材料系统激发了人们在高温结构材料领域的兴趣。
在HEAs中，ZrTiHfVNb系难熔高熵合金被广泛研究，这归功于其优异的力学性能，如高强度、高延展性和高断裂toughness。
此外，与许多常规单晶合金相比，这一材料在高温下的稳定性得到了显着提高，这使其在热液动力学、航空航天和化学加工等领域具有广泛的应用潜力。
2.实验材料与方法本实验采用真空感应熔炼技术和真空感应熔炼/等温热处理法，制备了系列ZrTiHfVNb复合材料。
然后，采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析难熔高熵合金ZrTiHfVNb，并评估其宏观和微观结构。
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。
新型钴基高温合金成分设计的研究进展
㊀第43卷㊀第3期2024年3月中国材料进展MATERIALS CHINAVol.43㊀No.3Mar.2024收稿日期:2021-07-29㊀㊀修回日期:2021-11-25基金项目:国家自然科学基金钢铁联合研究基金重点项目(U1960204);国家自然科学基金面上项目(51871042,52171107);中央高校基本科研业务费专项资金项目(N2023026)第一作者:张旭明,男,1998年生,硕士研究生通讯作者:高秋志,男,1981年生,副教授,硕士生导师,Email:neuqgao@马庆爽,女,1989年生,讲师,硕士生导师,Email:maqsneuq@DOI :10.7502/j.issn.1674-3962.202107062新型钴基高温合金成分设计的研究进展张旭明1,2,马庆爽1,2,张海莲3,毕长波4,张会杰1,2,李会军5,高秋志1,2(1.东北大学秦皇岛分校资源与材料学院,河北秦皇岛066004)(2.东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110819)(3.秦皇岛市道天高科技有限公司,河北秦皇岛066000)(4.东北大学秦皇岛分校控制工程学院,河北,秦皇岛066004)(5.天津大学材料科学与工程学院,天津300354)摘㊀要:传统钴基高温合金的强化机制为固溶强化和碳化物强化,弱于有序γᶄ相沉淀强化的镍基高温合金的强化效果,日本学者发现了有序γᶄ相强化的Co-Al-W 系新型钴基高温合金,其强化效果明显优于传统钴基高温合金㊂由于新型钴基高温合金具有较传统镍基高温合金更高的承温能力以及更加优异的高温抗蠕变性能和抗氧化性能,因此被认为是最具潜力的航空发动机热端材料之一,近年来得到迅速发展㊂基于国内外学者对新型钴基高温合金的研究成果,系统总结多种合金元素(如Ta,Ti,W 和Nb 等)对新型钴基高温合金组织和性能的影响㊂在组织方面,总结合金元素对合金相变温度㊁γᶄ相的体积分数及形态㊁γᶄ相的尺寸㊁γ/γᶄ两相晶格错配度和有害相的影响;在性能方面,总结合金元素对合金抗氧化性能㊁力学性能及抗蠕变性能的影响,以期为新型钴基高温合金的成分设计提供参考㊂最后对新型钴基高温合金成分的高效率设计进行展望㊂关键词:钴基高温合金;成分设计;γᶄ相;组织性能;蠕变中图分类号:TG146.1+6㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1674-3962(2024)03-0230-08引用格式:张旭明,马庆爽,张海莲,等.新型钴基高温合金成分设计的研究进展[J].中国材料进展,2024,43(3):230-237.ZHANG X M,MA Q S,ZHANG H L,et al .Research Progress on Composition Design of Novel Cobalt Based Superalloy[J].MaterialsChina,2024,43(3):230-237.Research Progress on Composition Design ofNovel Cobalt Based SuperalloyZHANG Xuming 1,2,MA Qingshuang 1,2,ZHANG Hailian 3,BI Changbo 4,ZHANG Huijie 1,2,LI Huijun 5,GAO Qiuzhi 1,2(1.School of Resources and Materials,Northeastern University at Qinhuangdao,Qinhuangdao 066004,China)(2.State Key Laboratory of Rolling and Automation,Northeastern University,Shenyang 110819,China)(3.Qinhuangdao Daotian High Technology Co.,Ltd.,Qinhuangdao 066000,China)(4.School of Control Engineering,Northeastern University at Qinhuangdao,Qinhuangdao 066004,China)(5.School of Materials Science and Engineering,Tianjin University,Tianjin 300354,China)Abstract :The strengthening mechanism of traditionalcobalt-based superalloys is solid solution strengthening and carbide strengthening whereas,both solid solution strength-ening and carbide strengthening are weaker than that of nickel-based superalloys with ordered γᶄprecipitation.Jap-anese scholars discovered a novel type of Co-Al-W superal-loys with ordered γᶄphase strengthening,and its strengthe-ning effect is significantly better than that of traditional co-balt-based pared with traditional nickel-based superalloys,the novel cobalt-based superalloys have higher temperature capability,more excellent high tempera-ture creep resistance and oxidation resistance,therefore,the novel cobalt-based superalloys are considered to be the㊀第3期张旭明等:新型钴基高温合金成分设计的研究进展most potential aeroengines hot side materials and have developed rapidly in recent years.In this review,based on the re-search results of the novel cobalt-based superalloys by scholars at home and abroad,the effects of various alloying elements (such as Ta,Ti,W,Nb and so on)on the structure and properties of novel cobalt-based superalloys were systematically summarized.In terms of microstructure,the effects of alloying elements on transformation temperature,volume fraction and morphology ofγᶄphase,the size ofγᶄphase,the lattice misfit ofγ/γᶄtwo phase and the harmful phase were summarized. Meanwhile,in terms of properties,the effects of alloying elements on oxidation resistance,mechanical property and creep resistance of the alloy were also discussed,it is expected to provide reference for the composition design of novel cobalt-based superalloys.Finally,the high efficiency design of novel cobalt-based superalloys are prospected.Key words:Co-based superalloy;composition design;γᶄphase;microstructure and properties;creep1㊀前㊀言高温合金是指能够在600ħ以上的高温环境下正常工作,承受较为复杂的机械应力,具有稳定性的同时又高合金化的金属材料[1]㊂常见的高温合金有铁基㊁镍基和钴基3种,高温合金具有组织稳定㊁强度高㊁抗氧化性好以及抗蠕变性能优良等特点,目前广泛应用于能源动力㊁航空航天等领域[2-4]㊂随着对高温合金性能要求越来越高,提高高温合金的承温能力尤为重要[5]㊂航空发动机和燃气轮机中应用最成功的是镍基高温合金,由于熔点的限制导致其承温能力的提升极为有限,因此开发承温能力更高的新型高温合金是未来该领域的重点研究方向[6]㊂沉淀强化型钴基高温合金即新型钴基高温合金,相比镍基高温合金具有更加优异的抗蠕变性能㊁抗腐蚀性能㊁耐磨性以及更高的熔点[7],开发潜力大,应用前景广阔[8]㊂实验证明,诸多合金化元素(如: Al,Ta,Ni等)能够提高钴基高温合金强化相的稳定性㊂目前关于合金元素对钴基高温合金组织和性能影响的研究相对独立,部分常见合金元素对钴基高温合金组织和性能的影响还尚未形成统一认识㊂本文系统总结了Ni, Ti,Mo和Cr等常见合金化元素对新型钴基高温合金组织性能的影响,以期为新型钴基高温合金的进一步成分设计和组织调控提供参考,并对该合金成分的设计进行了展望㊂2㊀新型钴基高温合金概述2006年,Sato等[9]开发了具有L12结构γᶄ-Co3(Al, W)强化相的新型Co-Al-W系高温合金,该合金的固㊁液相线温度比镍基单晶高温合金高100~150ħ[10-12]㊂相比常规镍基高温合金,新型Co-Al-W系高温合金具有更强的各向弹性异性[13],相关研究也表明Co-Al-W基新型高温合金的机械性能较为优异[14-17];但是γ/γᶄ两相区过窄[9,18]㊁γᶄ相的高温稳定性低[19-21]以及合金密度大等特点限制了该合金在航天工业中的应用㊂因此在提高新型钴基高温合金相稳定性的同时如何降低其质量密度是当前研究的重要问题[22]㊂钴基高温合金中常见相的晶体学参数如表1所示[5,23]㊂新型钴基高温合金的组织主要由γ-Co基体相和γᶄ-Co3X(X=Al,Ti和Ta等)两相组成㊂其中,γ-Co是面心立方(fcc)的相,高温下fcc结构的Co较为稳定㊂经热处理后的γᶄ相主要呈立方结构,但是由于晶格错配度的改变也可能呈球状[24]㊂一方面,固溶元素含量越高,固溶强化的效果也越显著,Mo和Ni等合金化元素可以提高γᶄ相的溶解温度[9,10,15,25-27];但另一方面,过量的合金化元素会导致有害二次相如β-CoAl㊁χ-Co3W和μ-Co7W6等在基体中析出,降低合金的组织稳定性㊂表1㊀钴基高温合金中常见相的晶体学参数[5,23] Table1㊀Crystallographic parameters of common phases in cobalt based superalloy[5,23]Phase Structure symbol ExampleεA3CoγA1CoγᶄL12Co3(Al,W)μD85Co7W6βB2CoAlηD024Ni3TiχD019Co3W3㊀合金化元素对新型钴基高温合金物理性能及组织的影响3.1㊀合金化元素对新型钴基高温合金相变温度及密度的影响㊀㊀高温合金相变温度的高低决定了合金承温能力的大小㊂合金相变温度越高,承温能力自然也就越高㊂Lass[28]利用CALPHAD热力学数据库探究了Ni元素对新型钴基高温合金的影响机理,结果表明,由于Ni元素倾向分布在γᶄ相中从而提高了γᶄ相的溶解温度,同时也扩大了Co-Al-W-Ni系新型钴基高温合金高温下稳定的γ/γᶄ两相区㊂Chen等[22]测量了分别添加多种合金化元素后的Co-5Al-14V-2X四元合金相变温度,如图1所示,Ti,Nb 和Ta等合金化元素可显著提高γᶄ相溶解温度,而Cr元132中国材料进展第43卷素增加了γᶄ相中Cr 原子与近邻原子的结合能,导致γᶄ相的生成能增加,使γᶄ相的溶解温度降低[29]㊂图1㊀Co-5Al-14V-2X 四元合金的γᶄ相溶解温度㊁固相线温度和液相线温度[22]Fig.1㊀γᶄsolvus,solidus and liquidus temperatures of the Co-5Al-14V-2X quaternary alloys [22]Jin 等[30]利用第一性原理计算了Co 3(Al,M )(M =Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta 和W)化合物的稳定性和力学性能,研究发现,大多数化合物都具有比较好的稳定性,Al 是稳定L12结构的重要元素㊂各种成分的钴基合金以及Mar-M-247镍基合金的相变温度如图2所示[15,22,31-34]㊂诸多新型钴基高温合金的相变温度高于传统镍基高温合金,尤其是含有难熔合金化元素的新型钴基高温合金,如Co-9Al-9W㊁Co-5Al-14V 等㊂这是因为Ti,Nb,Ta 和W等难熔合金化元素的加入在新型钴基高图2㊀基于文献整理的各种钴基合金的γᶄ相溶解温度㊁固相线温度和液相线温度[15,22,31-34]Fig.2㊀γᶄsolvus,solidus and liquidus temperatures of various Co-based alloys based on literature reviews [15,22,31-34]温合金中形成了高熔点的化合物,同时作为强γᶄ相形成元素,提高了γᶄ相的体积分数,从而实现了强化效果[26]㊂通常认为,高的γᶄ相溶解温度是提高高温合金服役温度的基础㊂低密度同样是高温结构材料不断追求的目标之一㊂图3为各种钴基高温合金的密度[22,33,35-39]㊂难熔元素的加入导致新型钴基高温合金密度大幅上升,其中Co-9Al-9.8W 高温合金密度最高,可达9.82g㊃cm -3,这是其较高的含W 量导致的㊂实验证明,其他合金化元素(Mo,Cr,V 和Ti 等)代替W 元素后,合金密度大幅下降,甚至可与传统镍基高温合金媲美㊂图3㊀基于文献整理的各种钴基高温合金的密度[22,33,35-39]Fig.3㊀Density of various Co-based superalloys based on literaturereviews [22,33,35-39]3.2㊀合金化元素对新型钴基高温合金中γᶄ相体积分数的影响㊀㊀合金中γᶄ相的体积分数主要由合金化元素向γᶄ相的分配决定,较高的γᶄ相体积分数使合金具有更优异的力学性能[40]㊂Chen 等[22]和Makineni 等[41]对不同Ni 含量的新型钴基高温合金中的γᶄ相体积分数进行了统计,发现γᶄ相的体积分数随着Ni 元素含量的增加大幅提升㊂Cr 元素含量增加会降低γᶄ相的体积分数,Cr 在合金中倾向于分布在γ相基体中[42],同时大量Cr 元素会导致合金中有害第二相的析出,从而消耗大量其他合金化元素,使γᶄ相体积分数降低㊂Ta,Ti 和Nb 等作为强γᶄ相形成元素,在合金中分布于γᶄ相之中,其含量增加可增加γᶄ相的体积分数;而Mo 元素在γ/γᶄ两相之间接近平均分232㊀第3期张旭明等:新型钴基高温合金成分设计的研究进展配,对合金中γᶄ相体积分数的影响较小[22,23,43-45]㊂Wang等[46]通过第一性原理计算发现Ru,Rh,Pd,Ir 和Pt 元素倾向于占据Co 3Ta 中的Co 位,而Re 元素倾向于占据Co 3Ta 中Ta 的位置,从而提高γᶄ的相体积分数㊂应该明确的是,较大的γᶄ相体积分数可增大位错运动的阻力,从而使得合金的瞬时拉伸强度和持久强度提高㊂3.3㊀合金化元素对新型钴基高温合金中γ/γᶄ相晶格错配度的影响㊀㊀新型钴基高温合金中γᶄ相的形态由界面自由能和错配应变能两方面因素共同决定㊂界面自由能与错配应变能之和越小,γᶄ相的形态越稳定㊂一般来说,界面自由能与错配应变能分别与界面面积和γ/γᶄ相的晶格错配度有关,晶格错配度绝对值越大,错配应变能越大[47]㊂新型钴基高温合金中晶格错配度一般为正值,当晶格错配度较小时,γᶄ相的形态由界面自由能主导,体积相同时球体的表面积最小,故γᶄ相倾向于呈球状;当晶格错配度较大时,γᶄ相的形态由错配应变能主导,由于金属弹性一般呈各向异性,故γᶄ相倾向于呈立方状㊂晶格错配度δ可定义为[41]:δ=2(a γᶄ-a γ)a γᶄ+a γ(1)其中,a γᶄ和a γ分别为γᶄ相和γ相的晶格常数㊂Ni 元素使γᶄ相的晶格常数变小,导致晶格错配度减小,促使γᶄ相球化㊂在含W 钴基高温合金中添加Cr 元素,由于Cr 原子占据W 原子的位置,导致合金晶格错配度减小而使γᶄ相趋于球状[48,49]㊂Gao 等[50]研究了不同成分钴基高温合金时效后的晶格错配度(图4),发现Cr 元素的加入降低了合金的晶格错配度㊂Ti 是钴基高温合金中γᶄ相形成元素之一,会增大γ/γᶄ两相的晶格错配度进而使合金中γᶄ相倾向于呈立方状㊂Ta 原子掺杂会引起更大的晶格畸变,所以Ta 元素对晶格错配度增加的贡献要大于Ti 元素[51]㊂Hf 也可以增大合金中γ/γᶄ相的错配度,因此同样有利于改善合金强度[52]㊂一般来说,合金化元素的原子半径与Co 原子半径相差越大,引起的图4㊀利用XRD 测量的γ/γᶄ两相之间的晶格错配度[50]Fig.4㊀Lattice misfit between the γ-and γᶄ-phases measured by high-energy synchrotron X-ray diffraction [50]晶格畸变越大,越会导致合金晶格错配度的提高,从而使γᶄ相越倾向于呈立方状㊂Zenk 等[49]发现提高γ/γᶄ两相界面处的晶格畸变,能够有效阻碍合金变形过程中位错的运动,提高合金力学性能㊂凡是能够增大γᶄ相晶格常数的合金元素(如Nb,Ti 和Ta 等),都能增加γᶄ相周围的共格应变,起到强化作用㊂但错配度太大会降低高温下γᶄ相的稳定性,容易聚集长大从而松弛弹性应力[52]㊂晶格错配度越小的γᶄ相则具有更高的高温稳定性,因而此类合金的抗蠕变性能也更加优异[53]㊂3.4㊀合金化元素对新型钴基高温合金中γᶄ相尺寸的影响㊀㊀影响γᶄ相尺寸和长大的因素主要有合金元素的扩散㊁晶格错配度㊁弹性模量等,γᶄ相的尺寸大小对合金的性能也具有至关重要的影响,一般来说γᶄ相的尺寸越小,分布越弥散,合金的性能越好[54]㊂不同含量的合金组织如图5所示,Chen 等[22]研究统计了不同Ni 质量分数(10,20,30)的合金组织中γᶄ相的平均尺寸分别为(324ʃ74),(425ʃ150)和(496ʃ153)nm,发现随着Ni 含量的增加γᶄ相出现了明显的粗化现象㊂图5㊀Co-x Ni-8Al-12V 合金在900ħ固溶退火处理72h 后的SEM 照片[22]:(a)x =10,(b)x =20,(c)x =30Fig.5㊀Field emission scanning electron microscope images of Co-x Ni-8Al-12V quaternary alloys annealed at 900ħfor 72h after solu-tion annealing treatment [22]:(a)x =10,(b)x =20,(c)x =30332中国材料进展第43卷㊀㊀Gao 等[50]对γᶄ相的尺寸统计结果显示,γᶄ相的平均尺寸随Ti 元素含量的增加而增加㊂Ti 原子在合金中的扩散速率比Al 原子更快,降低了两相之间的界面能导致γᶄ相生长的驱动力增大㊂Cr 和Mo 元素都能促进合金中γᶄ相的粗化,且Mo 元素的影响更大㊂Pandey 等[47]认为Lifshitz-Slyozov-Wagner(LSW)模型仅适用于含Ti 量较低的高温合金㊂一般来说,γᶄ相的长大分为2个过程,在时效时间较短即时效初期,γᶄ相依靠原子的扩散进行生长;在时效时间较长即时效后期,γᶄ相主要依靠互相合并进行长大[44,55]㊂3.5㊀合金化元素对新型钴基高温合金中μ相和η相的影响㊀㊀μ相是一种主要由2种不同大小的金属原子构成的拓扑密排相,其结构为D85结构㊂作为一种硬脆相,μ相可能会成为裂纹的形核位置和拓展通道[38],μ相析出的同时会消耗大量的合金元素,减弱合金固溶强化及沉淀强化作用㊂有害相一般在晶界析出,但当Cr 元素的含量足够高时,有害相也会在晶粒内部析出,从而强烈降低合金力学性能㊂图6为不同新型钴基高温合金的显微组织照片㊂可以发现,Cr 元素含量的增加导致W 元素在γ相和γᶄ相中的溶解度降低,促进μ相的沉淀析出[32,36,44]㊂同时有文献表明,Ni 元素能够提高合金的组织稳定性,有效减少μ-Co 7W 6有害相的析出,提高合金的力学性能[56]㊂η相是一种具有D024结构的有害相,与μ相类似,倾向于在晶界析出减弱强化作用,会对合金性能产生不良影响[23]㊂郭建亭[57]认为,Al /Ti 原子数比值是合金中能否形成η相的决定性因素,同时Al +Ti 含量和Al /Ti 原子数比值也是影响合金中γᶄ相体积分数和γᶄ/γ两相晶格错配度的关键因素,一般地,Al +Ti 含量越高γᶄ相体积分数越高,γᶄ/γ两相晶格错配度也越高;Al /Ti 原子数比值越高,γᶄ相体积分数越高,γᶄ/γ两相晶格错配度越低㊂因此要严格控制合金Al +Ti 含量和Al /Ti 原子比,避免η相的析出对合金组织稳定性和力学性能产生不良影响,同时保证钴基合金具有较高的γᶄ相体积分数和较宽的加工窗口㊂图6㊀不同Cr 含量合金固溶处理后的SEM 照片:(a)9Cr-A 合金[36],(b)12Cr 合金[44],(c)8Cr 合金[32],(d)12Cr 合金[44]Fig.6㊀SEM images of alloys with different Cr contents after solution treatment:(a)9Cr-A alloys [36],(b)12Cr alloys [44],(c)8Cralloys [32],(d)12Cr alloys [44]4㊀合金化元素对合金性能的影响4.1㊀合金化元素对钴基高温合金抗氧化性、抗热腐蚀性的影响㊀㊀抗氧化性和抗热腐蚀性也是衡量合金高温性能好坏的一项重要指标[58,59]㊂在新型钴基高温合金中,Al 除稳定γᶄ相外,还能在合金表面形成致密的Al 2O 3氧化薄膜来提高合金的抗氧化性[60]㊂但Ti 的存在会引入空位,降低Al 2O 3的热力学稳定性,从而降低合金的抗氧化性㊂Chung 等[32]证实Cr 降低了合金的氧化层厚度,随着Cr 浓度的增加,更薄的氧化层足以形成耐氧化的表面(图7)㊂同时有实验证明较高的Cr 含量有助于形成结构致密的Cr 2O 3和Al 2O 3,阻止O 进一步扩散到基体中[23]㊂Cr 元素与Al 元素可以协同作用加速Al 2O 3的形成,即降低形成Al 2O 3层所需的临界Al 浓度[36,61]㊂合金表面致密的Al 2O 3和Cr 2O 3氧化层阻断O 向基体的扩散,提432㊀第3期张旭明等:新型钴基高温合金成分设计的研究进展图7㊀不同合金的氧化层截面组织照片[32]:(a)L24-0Cr 合金,(b)L24-12Cr 合金Fig.7㊀Micrographs of oxide layer structure of different alloys[32]:(a)L24-0Cr,(b)L24-12Cr alloys高合金的抗氧化性㊂Chen 等[42]发现6Cr 钴基高温合金并没有优异的抗氧化性,因为合金中γᶄ相的体积分数减小导致γ相基体优先氧化,适当高的γᶄ相体积分数也能提高合金抗氧化性㊂Ni 元素能够促进Cr 2O 3的生长及延缓合金的结节性氧化,提高合金的抗氧化性能[62]㊂此外,Ta 的添加也被证实能在一定程度上提高合金的抗热腐蚀性能[52]㊂4.2㊀合金化元素对新型钴基高温合金力学性能及抗蠕变性能的影响㊀㊀作为结构构件的物质基础,结构材料的性能直接影响到构件能否满足使用要求,因此结构材料的设计往往对其力学性能提出要求㊂图8为Makineni 等[41]测试的Co-10Al-5Mo-2Nb 和Co-30Ni-10Al-5Mo-2Nb Co 基高温合金的拉伸性能,2种合金依靠高γᶄ相含量,室温下强度达到了800MPa,超过了诸多含W 钴基高温合金㊂W 能够引起明显的晶格膨胀,阻止位错运动,同时提高γᶄ相的体积分数,提高合金强度㊂Mo元素在钴基高温合金中易图8㊀不同Co 基高温合金在不同条件下的拉伸应力-应变曲线[41]:(a)室温下Co-10Al-5Mo-2Nb,(b)室温下Co-30Ni-10Al-5Mo-2Nb,(c)870ħ时Co-30Ni-10Al-5Mo-2NbFig.8㊀Tensile stress-strain curves of different Co-based alloys at dif-ferent conditions [41]:(a)Co-10Al-5Mo-2Nb at room temper-ature,(b )Co-30Ni-10Al-5Mo-2Nb at room temperature,(c)Co-30Ni-10Al-5Mo-2Nb at 870ħ与C 形成大量的MoC 碳化物,细小弥散的碳化物也可以改善合金的力学性能,同时也在一定程度上达到细晶强化的效果㊂Ti 会增大γᶄ相的粗化速率,对合金力学性能产生不利影响,但Bocchini 等[63]证明Ti 提高了合金的高温强度,这说明γᶄ相体积分数增大对合金的强度提升效果超过了组织粗化带来的负面影响㊂在Co-Al-W 基合金中,少量的B 元素能够促进富W 硼化物在晶界的析出,起到晶界强化的作用,有利于提高合金的力学性能[64]㊂高温合金需要在高温环境下长时间服役,因此要求它具有优异的抗蠕变性能㊂蠕变是指在恒应力或载荷下所发生的缓慢而连续的塑性变形,关于蠕变的研究对高温合金具有非常重要的意义㊂可通过探究合金化元素对新型钴基高温合金抗蠕变性能的影响及其机理进而对它进行针对性的设计㊂Cr 元素含量的增加显著增大了蠕变最小稳态应变速率[65],Povstugar 等[66]认为当合金中加入Cr 元素以后会生成有害的二次相并改变合金的堆垛层错能,恶化合金的抗蠕变性能,而Ni 能够部分抵消Cr 对合金抗蠕变性能的恶化[44]㊂W 和Nb 元素均能够强烈降低γ相基体的堆垛层错能,有效改善高温合金的抗蠕变性能㊂得益于晶界强化的作用,含B 合金拥有较其他合金更优异的抗蠕变性能㊂在Co-Al-W 基合金中加入Ta 元素能够明显提高合金的蠕变寿命,但与其他元素如Si 和Mo 等同时存在时会析出大量金属间化合物,降低合金抗蠕变性能[67]㊂在合金蠕变的过程中,经常出现γᶄ相的定向粗化,通常称之为筏化[66,68-70]㊂钴基高温合金一般表现出正晶格错配,在压缩状态下γᶄ相会在所施加压应力的垂直方向与拉应力的平行方向发生筏化[71]㊂如图9所示,0Cr 和4Cr 合金中的γᶄ相出现了筏化现象㊂8Cr 合金没有发生筏化是因为大量Cr 原子占据W 原子的晶格后降低了晶格错配度,导致γᶄ相缺乏各向异性的应力场,进而使筏化的驱动力减小[44]㊂5㊀结㊀语高温合金不仅是航空发动机的重要材料,也是能源㊁化工领域高温耐蚀部件的重要材料㊂新型钴基高温合金具有比镍基高温合金更高的γᶄ相溶解温度和熔点,但γᶄ相的高温稳定性还有待提高㊂本文主要针对不同合金化元素对新型钴基高温合金组织性能的影响做了总结梳理㊂Ni 能够有效提高合金性能,但过量的Ni 导致γᶄ相形态改变,新型钴基高温合金中的Ni 含量应保持在30%(原子数分数,下同)以下;Ti,Ta 和Nb 等强γᶄ相形成元素能够大幅提高γᶄ相的体积分数,过量将导致γᶄ相的加速粗化和密度增加,常见钴镍基高温合金中Ti,Ta 和Nb532中国材料进展第43卷图9㊀不同Co基合金蠕变后的SEM照片[44]:(a,b)0Cr,(c,d) 4Cr,(e,f)8CrFig.9㊀Post-creep SEM images of different Co-based alloys[44]:(a,b) 0Cr,(c,d)4Cr,(e,f)8Cr含量为2%~4%;Cr在提高合金的抗氧化性[72]的同时可促进有害相的析出,降低合金力学性能,新型钴基高温合金中Cr含量一般控制在4%~6%以下㊂新型钴基高温合金具有多项优于传统钴基高温合金的性能,是最具潜力的高温合金之一㊂但与发展相对成熟的镍基高温合金相比,新型钴基高温合金的发展和应用仍然具有很大的挑战,如合金的制造工艺以及零件的加工和热处理工艺尚不成熟等㊂目前我国合金成分设计数据库仍然不够健全,但随着计算材料学㊁材料基因工程等领域的发展,CALPHAD㊁第一性原理计算㊁机器学习等方法将在合金的高效设计中发挥更大的作用,将材料计算㊁计算机仿真模拟等多种设计思路与实验相结合有望实现新型钴基高温合金的高通量设计㊂参考文献㊀References[1]㊀杜金辉,吕旭东,董建新,等.金属学报[J],2019,55(9):1115-1132.DU J H,LV X D,DONG J X,et al.Acta Metallurgica Sinica[J], 2019,55(9):1115-1132.[2]㊀LIU Z,GAO Q,ZHANG H,et al.Materials Science&Engineering:A[J],2019,755:106-115.[3]㊀程远,赵新宝,岳全召,等.稀有金属材料与工程[J],2023,52(7):2599-2611.CHENG Y,ZHAO X B,YUE Q Z,et al.Rare Metal Materials and Engineering[J],2023,52(7):2599-2611.[4]㊀JIANG J,LIU Z,GAO Q,et al.Materials Science&Engineering:A[J],2020,797:140219.[5]㊀刘健.元素对γᶄ沉淀强化型钴基高温合金组织及力学性能的影响[D].合肥:中国科学技术大学,2019.LIU J.Effects of Alloying Elements on the Microstructure and Mechan-ical Behavior ofγᶄ-Strengthed Co-Base Superalloys[D].Hefei:Uni-versity of Science and Technology of 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镍基高温合金材料的研究进展
镍基高温合金材料的研究进展一、本文概述镍基高温合金材料作为一种重要的金属材料，以其出色的高温性能、良好的抗氧化性和优异的力学性能，在航空航天、能源、化工等领域具有广泛的应用。
随着科技的快速发展，对镍基高温合金材料的性能要求日益提高，其研究进展也备受关注。
本文旨在全面综述镍基高温合金材料的最新研究进展，包括其成分设计、制备工艺、组织结构、性能优化以及应用领域等方面，以期为未来镍基高温合金材料的进一步发展提供理论支持和指导。
本文首先介绍了镍基高温合金材料的基本概念和特性，概述了其在不同领域的应用现状。
随后，重点分析了镍基高温合金材料的成分设计原理，包括合金元素的选取与配比，以及如何通过成分调控优化材料的性能。
在制备工艺方面，本文介绍了近年来出现的新型制备技术，如粉末冶金、定向凝固、热等静压等，并探讨了这些技术对材料性能的影响。
本文还深入探讨了镍基高温合金材料的组织结构特点，包括相组成、晶粒大小、位错结构等，并分析了这些结构因素对材料性能的影响机制。
在性能优化方面，本文总结了通过热处理、表面处理、复合强化等手段提高镍基高温合金材料性能的研究进展。
本文展望了镍基高温合金材料在未来的发展趋势和应用前景，特别是在新一代航空航天发动机、核能发电、高温传感器等领域的应用潜力。
通过本文的综述，旨在为相关领域的研究人员和企业提供有益的参考和借鉴，推动镍基高温合金材料的进一步发展和应用。
二、镍基高温合金的基础知识镍基高温合金，也称为镍基超合金，是一种在高温环境下具有优异性能的特殊金属材料。
它们主要由镍元素组成，并添加了各种合金元素，如铬、铝、钛、钽、钨、钼等，以优化其热稳定性、强度、抗氧化性、抗蠕变性和耐腐蚀性。
镍基高温合金的这些特性使其在航空航天、能源、石油化工等领域具有广泛的应用。
镍基高温合金之所以能够在高温环境下保持优异的性能，主要得益于其微观结构的特殊性质。
这些合金在固溶处理和时效处理后，会形成一系列复杂的金属间化合物，如γ'、γ''和γ'″等，这些化合物在基体中弥散分布，起到了强化基体的作用。
相图在合金材料研究中的应用
相图在合金材料研究中的应用合金材料是由两种或更多种金属或非金属元素组成的材料，其性能常常比纯金属更优越。
而相图则是研究合金材料中不同相（也就是不同组织结构）的分布和变化规律的重要工具。
相图的应用可以帮助我们理解合金材料的性能和行为，从而为合金材料的设计和应用提供指导。
一、相图的基本概念相图是描述合金中不同相的存在范围和相互关系的图表。
它通常以温度和成分为坐标，将不同相的存在范围用曲线或面来表示。
相图的构建需要大量的实验数据和理论模型的支持，通过实验和计算可以得到各种相的存在范围、相变温度、相变速率等信息。
二、相图在合金材料设计中的应用1. 合金成分设计相图可以帮助我们选择合适的合金成分。
通过分析相图，我们可以了解不同成分对相变温度、相变速率等性能的影响。
例如，在高温合金中，相图可以指导我们选择合适的成分，以提高合金的耐高温性能和抗氧化性能。
2. 合金热处理相图可以指导合金的热处理工艺。
通过分析相图，我们可以确定热处理温度和时间，以控制合金的相变和组织结构的形成。
例如，在钢铁冶金中，相图可以帮助我们确定淬火温度和回火温度，以获得理想的硬度和韧性。
3. 合金相变行为研究相图可以帮助我们理解合金的相变行为。
通过实验和计算，我们可以确定相变的类型、相变温度和相变速率等参数。
这些参数对于合金的性能和行为具有重要影响。
例如，在形状记忆合金中，相图可以帮助我们了解相变的驱动力和相变的动力学过程，从而优化合金的形状记忆效应。
三、相图在合金材料应用中的案例1. 高温合金高温合金是一种具有优异高温性能的合金材料，广泛应用于航空航天、能源等领域。
相图可以帮助我们选择合适的合金成分，以提高合金的耐高温性能和抗氧化性能。
例如，通过分析相图，我们可以选择合适的合金成分，以提高合金的熔点和热稳定性，从而延长合金的使用寿命。
2. 形状记忆合金形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的合金材料，可以在外界作用下发生可逆的形状变化。
相图可以帮助我们了解合金的相变行为和相变温度，从而优化合金的形状记忆效应。
高温合金GH4169(in718)是什么材料？gh4169材质性能
GH4169合金在-253～700℃温度范围内具有良好的综合性能,650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位,并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能,以及良好的加工性能、焊接性能良好。
能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业及挤压模具中，在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。
1GH4169概述GH4169带材样件该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感，掌握合金中向析出和溶解规律及组织与工艺、性能的相互关系，可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程，就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。
供应的品种有锻件、锻棒、轧棒、冷轧棒、圆饼、环件、板、带、丝、管等。
可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等零部件在航空上长期使用。
1.1GH4169材料牌号GH4169(GH169）1.2GH4169相近牌号Inconel718（美国），NC19FeNb(法国）1.3GH4169材料的技术标准GJB2612-1996《焊接用高温合金冷拉丝材规范》HB6702-1993《WZ8系列用GH4169合金棒材》Q/6S1034-1992《高温紧固件用GH4169合金棒材》Q/3B548-1996《GH4169合金锻件》Q/3B548-1996《GH4169合金锻件》Q/3B4048-1993《YZGH4169合金棒材》Q/3B4050-1993《GH4169合金板材》Q/3B4051-1993《GH4169合金丝材》GB/T14992-2005《高温合金》1.4GH4169化学成分该合金的化学成分分为3类：标准成分、优质成分、高纯成分，件表1-1。
优质成分的在标准成分的基础上降碳增铌，从而减少碳化铌的数量，减少疲劳源和增强强化相的数量，提高抗疲劳的含量，提高材料的纯度和综合性能。
核能应用的GH4169合金，需控制硼的含量（其他元素成分不变），具体含量有工序双方协商确定。
ti60合金标准
ti60合金标准全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：TI60合金是一种热机械加工和应用广泛的镍基高温合金，具有优异的高温强度、抗氧化性和耐蠕变性能。
TI60合金的化学成分是由镍、铬、钼、钼、硼、锆、碳、铁等元素组成，其合金化学成分如下表所示：|元素|Ni|Cr|Mo|W|B|Zr|C|Fe||----|----|----|----|----|----|----|----|----||含量(%)|65.0|22.0|9.0|2.5|0.3|0.1|0.1|0.1|TI60合金的高温强度主要来自于其固溶强化、析出强化和织构调控的作用。
TI60合金在1100°C以下具有较好的塑性和韧性，并且具有良好的加工性能，可用于制造高温工作情况下的零件和构件。
TI60合金在高温环境下具有出色的抗氧化性和耐蠕变性能，可用于制造航空发动机、汽轮机、化工设备等领域的零部件。
TI60合金标准的制定旨在规范其化学成分、力学性能、金相组织和相关加工工艺要求，以确保其产品质量和可靠性。
TI60合金标准通常包括以下内容：1. 化学成分要求：包括镍、铬、钼、钨、硼、锆、碳、铁等元素的含量范围及限值要求。
2. 机械性能要求：包括抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度等力学性能指标的要求。
3. 金相组织要求：包括晶粒尺寸、晶界析出相、晶内析出相等金相组织的要求。
4. 加工工艺要求：包括热处理工艺、热变形工艺和热处理参数等加工工艺要求。
TI60合金标准的制定不仅有利于规范行业生产，提高产品质量，还有利于推动材料技术的进步。
合理制定和遵守TI60合金标准可有效降低产品质量风险，提高生产效率，降低生产成本，促进工业发展。
TI60合金标准的制定有赖于专家学者的共同努力和经验总结，需要充分考虑TI60合金的特性和应用领域的需求，并结合实际生产的技术水平和经验进行调整和完善。
国内外对TI60合金标准的制定和推广都有一定的经验和积累，可以相互借鉴和学习。
gh4169化学成分表
gh4169化学成分表gh4169是一种高温合金材料，也被称为Inconel 718，其化学成分表如下：- 碳 (C): 0.08%- 硅 (Si): 0.35%- 锰 (Mn): 0.35%- 磷 (P): 0.015%- 硫 (S): 0.015%- 铬 (Cr): 17-21%- 钴 (Co): 1-2.75%- 钼 (Mo): 2.8-3.3%- 铝 (Al): 0.2-0.8%- 钛 (Ti): 0.65-1.15%- 铌 (Nb): 0.5-0.8%- 铁 (Fe): 剩余gh4169是一种镍基合金，具有优异的高温力学性能和耐腐蚀能力。
它被广泛应用于航空航天、能源、化工等领域，特别是在高温、高压和腐蚀环境下的应用。
碳和硅的含量较低，可以提高合金的抗氧化性能和耐腐蚀性能。
锰的加入可以提高合金的强度和硬度。
磷和硫的含量较低，有助于降低合金的脆性。
铬的含量较高，可以增强合金的抗腐蚀性能和耐热性能。
钴的加入可以提高合金的强度和抗热疲劳性能。
钼的含量较高，可以提高合金的抗应力腐蚀开裂性能。
铝的加入可以提高合金的抗氧化性能和硬度。
钛的含量较高，可以增强合金的强度和稳定性。
铌的加入可以提高合金的抗高温蠕变性能。
gh4169在高温下具有良好的机械性能，包括高强度、良好的抗氧化性能和耐腐蚀性能。
它可以在高温（超过650℃）和高压环境下长时间稳定运行。
因此，gh4169被广泛应用于航空发动机、石油化工设备、核工程和燃气轮机等领域。
总之，gh4169是一种优质的高温合金材料，其化学成分的优化设计使其具有出色的高温力学性能和耐腐蚀性能，使其成为众多高温应用领域的首选材料之一。
粉末高温合金讲解
本国在涡轮盘材料和结构设计上与国外的差距依然很大。
为了满足国内发动机的迫切需求，应当在参照国外先进制 备工艺的基础上，加大对大型先进设备的引进与投入，争
取实现跨越式发展，早日实现本国高性能粉末盘的工程化
应用。
•
参考文献
[1] 邹金文, 汪武祥. 粉末高温合金研究进展与应用[J]. 航空 材料学报, 2007, 26(3): 244-250. [2] 国为民, 冯涤, 吴剑涛等. 镍基粉末高温合金冶金工艺的
下图是新型第三代粉末高温合金的热处理工艺曲线图。
图2 合金的热处理工艺曲线
粉末高温合金的发展前景
粉末高温合金的发展已经进行了近50年，在生产工艺 逐渐趋予成熟的条件下，今后一系列性能更为优异的合金
也将被相继开发出来，今后具体发展方向可分为以下几个
方面[5]： (1)粉末制备
粉末的制备包括制粉和粉末处理。目前，主要制粉工艺
除此之外，粉末高温合金的固结成形工艺还有真空烧结、
压力烧结、金属注射成形(MIM)以及喷射成形(Osprey) 工 艺。
热加工及热处理工艺 粉末高温合金的锻造成型主要是与热等静压和热挤压相 结合使用的，锻造变形主要可以消除PPB(原始颗粒边界)和
枝晶，还可以对夹杂起到破碎作用，由于在形变过程中晶粒
众所周知，高温合金的化学成分是非常复杂的。除杂
质元素外，一般都含有十几种合金元素。可根据它在合金中 的基本作用归纳为六个主要方面： （1）形成面心立方元素：镍、铁、钴和锰构成高温合金 的奥氏体基体γ。
（2）表面稳定元素：铬、铝、钛、钽。铬和铝主要提高
合金抗氧化能力，钛和钽有利于抗热腐蚀。
（3）固溶强化元素：钨、钼、铬、铌、钽和铝，溶解于 γ基体强化固溶体。 （4）金属间化合物强化元素：铝、钛、铌、钽、鉿和钨 形成金属间化合物Ni3Al、Ni3Nb、Ni3Ti等强化合金。
alloy l605化学成分
一、L605合金概述L605合金是一种高温合金，也被称为Cobalt L605，其化学成分主要由钴、铬、镍、钽、钼等元素组成。
具有优异的耐热性、耐腐蚀性和高强度，被广泛应用于航空航天、石油化工、医疗器械等领域。
二、L605合金的化学成分1. 钴（Co）是L605合金的主要成分，其含量通常在50以上。
钴具有优异的高温性能和耐腐蚀性能，是L605合金的重要组成元素。
2. 铬（Cr）是提高L605合金抗氧化性能和耐腐蚀性的关键元素，其含量一般在20-25。
3. 镍（Ni）是增加L605合金塑性和韧性的元素，其含量在10-15之间。
4. 钼（Mo）的加入可以提高L605合金的强度和硬度，同时改善耐腐蚀性能，通常含量在10-15。
5. 钽（Ta）是一种重要的合金元素，能够提高L605合金的高温强度和耐热性，含量一般在3-5之间。
三、L605合金的性能特点1. 高温性能优异：L605合金具有优异的高温强度和抗氧化性能，能够在高温环境下保持良好的力学性能。
2. 耐腐蚀性能好：L605合金具有很好的耐腐蚀性能，能够抵御许多强酸、强碱介质的侵蚀，并具有优异的抗应力腐蚀开裂性能。
3. 高强度：L605合金经过热处理可以获得很高的强度和硬度，适用于高要求的工程与制造领域。
4. 可加工性好：L605合金具有良好的加工性能，能够通过热成型、热处理等工艺加工成各种复杂形状的零部件。
四、L605合金的应用领域1. 航空航天领域：L605合金被广泛应用于航空发动机、涡轮叶片、喷嘴导管等高温零件的制造。
2. 医疗器械领域：L605合金具有良好的生物相容性和耐磨性，常用于制造人工关节、牙科器械等医疗器械。
3. 石油化工领域：L605合金在高温、高压、腐蚀环境下具有出色的表现，被广泛应用于石油化工设备的制造。
五、总结L605合金作为一种优异的高温合金材料，具有优良的高温性能、耐腐蚀性能和高强度，被广泛应用于航空航天、医疗器械、石油化工等领域。
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。
镍基高温合金的发展综述
镍基高温合金的发展综述镍基高温合金是一种具有优异高温力学性能和耐腐蚀性能的材料，广泛应用于航空航天、能源和化工等领域。
本文将从历史发展、合金组成、制备工艺和应用领域等方面综述镍基高温合金的发展。
一、历史发展镍基高温合金的研发起源于20世纪40年代，当时美国首次在航空发动机上使用了含有镍的合金。
随着航空工业的快速发展，对高温合金的需求越来越大，推动了镍基高温合金的研究和应用。
在此基础上，各国纷纷加大研发力度，并取得了一系列重要突破。
二、合金组成镍基高温合金的主要成分是镍，通常含有10%~20%的铬，以提高合金的耐腐蚀性能。
此外，还添加了少量的钼、钛、铝、铌等元素，用于调节合金的相组织和提高高温强度。
通过合理的合金设计和组成控制，可以获得具有高温强度、耐氧化和抗蠕变性能的合金。
三、制备工艺镍基高温合金的制备工艺主要包括熔炼、铸造、热加工和热处理等环节。
在熔炼过程中，要保证合金成分的准确控制，避免杂质的污染。
铸造工艺通常采用真空气体熔模铸造或精密铸造技术，以获得高质量的铸件。
热加工包括锻造、轧制和拉伸等，通过加工变形来改善合金的组织和性能。
最后，进行热处理，如固溶处理和时效处理，以进一步提高合金的性能。
四、应用领域镍基高温合金广泛应用于航空航天、能源和化工等领域。
在航空航天领域，镍基高温合金被用于制造涡轮发动机的叶片和燃烧室等关键部件，以提高发动机的工作温度和性能。
在能源领域，镍基高温合金被用于制造燃气轮机的叶片和燃烧室等部件，以提高燃气轮机的效率和可靠性。
在化工领域，镍基高温合金被用于制造反应器和炉管等耐腐蚀设备，以适应高温、高压和腐蚀性介质的工作环境。
总结起来，镍基高温合金是一种重要的高温结构材料，具有优异的高温力学性能和耐腐蚀性能。
通过合理的合金设计和制备工艺，可以获得合金的优异性能。
随着航空航天、能源和化工等领域的快速发展，镍基高温合金的应用前景广阔。
未来，还需要进一步研究和开发新的合金体系和制备工艺，以满足不断增长的高温工程需求。
镍基高温合金laves相
镍基高温合金laves相
镍基高温合金中的Laves相是指一种特定的金属间化合物，通常由镍、铬和钼组成。
Laves相在镍基高温合金中的存在对其高温性能和力学性能具有重要影响。
首先，让我们来谈谈Laves相的组成和结构。
Laves相是一种典型的金属间化合物，其晶体结构通常属于六方最密堆积结构或者立方最密堆积结构。
在镍基高温合金中，Laves相的形成通常是由于合金中存在的铬和钼等元素与镍形成了特定的化合物。
Laves相的形成不仅取决于合金的成分，还受到合金的热处理工艺和热力学条件的影响。
其次，我们来探讨Laves相在镍基高温合金中的作用。
Laves 相在合金中的存在可以显著影响合金的高温性能和力学性能。
一方面，Laves相的形成可以提高合金的高温强度和抗氧化性能，使合金具有优异的高温稳定性。
另一方面，Laves相也可能对合金的冷加工性能和热加工性能产生负面影响，因此在合金设计和制备过程中需要合理控制Laves相的含量和分布。
此外，针对Laves相在镍基高温合金中的研究和应用，科学家
和工程师们也在不断探索新的合金设计思路和热处理工艺，以优化Laves相的形成和分布，从而更好地发挥其对合金性能的调控作用。
总的来说，Laves相作为镍基高温合金中的重要组成部分，其
形成和性能调控对于合金的高温性能具有重要意义。
通过深入研究
和理解Laves相的特性和作用机制，可以为镍基高温合金的设计和
制备提供重要的参考和指导。
高温合金2848化学成分
高温合金2848化学成分
高温合金2848是一种镍基合金，其化学成分包括镍（Ni）、铬（Cr）、钼（Mo）、钴（Co）、铝（Al）、钛（Ti）等元素。
具体
而言，其典型化学成分为，镍约55-61%，铬约19-23%，钼约7-9%，钴约5-7%，铝约2-4%，钛约1-2%，同时还含有少量的铁、锰、硅、铌等元素。
这些元素的比例和配比可以根据具体的生产要求和合金
性能进行微调和调整。
镍是高温合金的主要成分，具有良好的耐热性和耐腐蚀性。
铬
能够提高合金的耐氧化性和耐腐蚀性。
钼能够提高合金的抗热腐蚀
性和强度。
钴能够提高合金的高温强度和抗氧化性。
铝和钛通常用
作强化相，能够提高合金的高温强度和稳定性。
此外，合金中的其
他微量元素也会对合金的性能产生影响。
总的来说，高温合金2848的化学成分设计旨在使其在高温、高
压和腐蚀等恶劣环境下具有优异的性能，包括高温强度、抗氧化性、耐腐蚀性等。
这些化学成分的设计和配比是经过精心考虑和实验验
证的，以确保合金能够满足特定工程和应用的要求。
in738高温合金热胀系数
in738高温合金热胀系数
摘要：
1.引言
2.In738 高温合金简介
3.热胀系数的概念和影响因素
4.In738 高温合金的热胀系数特性
5.结论
正文：
1.引言
随着科技的不断发展，高温合金在航空、航天、能源等领域的应用越来越广泛。
在这些领域中，材料的热稳定性至关重要。
热胀系数是衡量材料在高温环境下线性膨胀特性的物理量，对于材料的设计和应用具有重要意义。
本文将介绍一种常见的高温合金——In738，并探讨其热胀系数特性。
2.In738 高温合金简介
In738 是一种镍基高温合金，主要成分为镍（Ni）、铬（Cr）、铁（Fe）和铝（Al），其余元素为钴（Co）、钨（W）、钼（Mo）等。
In738 具有优良的抗氧化性、热疲劳性和蠕变性能，广泛应用于高温环境下的涡轮叶片、涡轮盘等部件。
3.热胀系数的概念和影响因素
热胀系数是指材料在温度变化时，单位长度的变化量与原始长度的比值，用符号α表示。
热胀系数受材料的结构、成分、热处理状态等多种因素影响。
对于高温合金而言，热胀系数的合理控制是提高其应用稳定性的关键。
4.In738 高温合金的热胀系数特性
In738 高温合金的热胀系数具有一定的各向异性，即在三个正交方向上的热胀系数不同。
在常温至高温范围内，In738 的热胀系数随温度的升高而增大。
在高温状态下，In738 的热胀系数较大，这有利于材料的高温应用，可以减小因温度变化引起的内应力，提高材料的抗热疲劳性能。
5.结论
In738 高温合金具有较大的热胀系数，有利于其在高温环境下的应用。
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Surface elemental map of (a) bare specimen and (b) specimen with Y addition after coking experiment at 1173K for 6 h.
XRD analysis on the surface of (a) bare of specimen (b) specimen with Y after coking Surface SEM images (a) bare and specimen and (b) modified specimen experiment at 1173K for h. with Y 20 addition after coking experiment at 1173K for 16 h.
高温合金的成分设计
Composition design of high temperature alloys
小组成员：玛合巴丽、李松松 、李新鹏、彭景雅、魏梦莹
目 录
CONTENTS
01 高温合金的 定义和性能
02
高温合金的 分类和特点
03
高温合金的 性能要求
04
高温合金的 成分设计
合作QQ： 243001978
3
4
5
Part Three
高温合金的性能要求
高温合金工作在600~1200°C，高温性能要求: 蠕变 高温下的力学性能 持久强度 热疲劳
松弛
高温下的抗腐蚀性能
提高抗氧化、硫化、氮化、碳化、热腐蚀性，可采用 在合金中加入其它元素，或在合金表面涂层的方法。 如在合金的表面渗铝、渗硅或铬铝、铬硅共渗，陶瓷 涂层等。
铸态（铸态）合金的SEM照片：（a）枝晶间铸造孔，（b）（a） 的示意图，（c）枝晶间相形貌图，和（d）Laves和针状δ。
HIPed（铸造和热等静压态）高温合金中MC碳化物的SEM EDS元素 映射：（a）Cr，（b）Ta，（c）Nb，（d）Mo，（e）Ti和（f）C。
镍基高温合金： K417合金
数代镍基高温合金发展历程
镍基单晶高温合金成分发展的特征 ①晶界强化元素C、B、Zr、Hf等从完全去除转为限量使用； ②难熔元素的总含量不断增加； ③Cr的含量减少；（该元素增加TCP相形成的倾向性）； 镍基单晶高温合金成分发展的要点 ①γ′相形成元素如Al和Ta的含量比例应提高，使其体积分数达到~70%； ②合金成分的选择应保证较小γ/γ′错配度，以获得最小的界面能防止γ′的粗化； ③一些元素，特别是铼、钨、钽、钼和钌，对提高蠕变强度非常重要，但其 含量不能太高，因为它们会促进TCP相的析出；
Y00、Y01、Y05在不同真空度环境出 现四种不含Y元素的相，为γ相（fcc）、 γ’相、碳化物和共晶相。 当在合金中加入0.1%和0.5% Y (Y01 和Y05)时，出现了一个新的几微米大 小的白色对比相，分布在共晶相附近， 形态呈光滑的块状或条状。
在不同真空度下添加各种Y的样品的微观结构。 （a）Y00,100Pa; （b）Y01,100Pa; （c）Y05,100Pa; （d）Y00,1Pa; （e）Y01,1Pa; （f）Y05,1Pa;（g）Y00,0.035Pa; （h）Y01,0.035Pa; （i）Y05,0.035Pa。
镍基高温合金： IN718合金（合金元素添加结果——tcp相结构）一个铸态、一个铸造和热等静压态 对比
Material in the study was polycrystalline nickel based superalloy Inconel 718 with a normal composition of (wt%) 0.05C, 19.0Cr, 53.0Ni, 3.0Mo, 5.0 (Nb+Ta), 0.5Al, 0.9Ti, and rest Fe
图 Nb-15W-5Si-2B-xHf合金高温压缩应力-应变曲线
Zr也是一种常见的合金化元素，其 在提高合金强度和细化组织方面效果明 显，同时可以提高合金的再结晶温度， 有效抑制合金再结晶后的晶粒长大，并 可以改善合金腐蚀后的粗糙度。对于NbSi基超高温合金而言，添加合金化元素 Zr可以有效提高Si原子在Nb3Si相中的扩 散速率。 在Nb-Si基合金中加入稀土元素可以 显著改善其抗氧化性能。通常添加一种 稀土元素时，如La、Ce、Y等，其添加 量在1 at.%以下；当以稀土氧化物的形 式添加时，其添加量在1~3 at.%之间。 稀土或稀土氧化物可以增强合金氧 图 不同Zr含量的Nb-22Ti-16Si合金的BSE像 0Zr(a); 2Zr(b); 4Zr (c) 化膜的粘附性和致密性，细化晶粒，从 而显著提高合金的综合性能。 钒和锆能有效提高Nb-Si基超高温合金的高温抗氧化性能
CoNb高温合金中的蠕变损伤发展和断裂：a）局部相互作用蠕 变损伤，（b）主要裂纹形成（拉伸轴是水平的），和（d） SEM显微照片，显示脆性晶间和枝晶间断裂模式的断裂外观。 在1000°C和40 MPa下蠕变。
CoTa高温合金的蠕变损伤发展和断裂：（a）相邻的裂缝 M23C6碳化物之间的局部相互作用，（b）主裂纹，（c）最 终断裂附近的裂缝，和（d）显示穿晶断裂模式的SEM显微 照片。 在1000°C和40 MPa下蠕变。
Backscattered scanning electron micrographs of grain boundaries meeting at triple points in 2W, 4W, 6W alloys after 256 h of aging at 900 and 1000 °C
Al、W和Mo元素对钴基高温合金的影响
Co-30Ni-(6+x)Al-(3-y)W-yMo-1Ta-3.5Ti-12Cr-0.1Hf-0.025 C (x=0, y=0, 1, and x=2, y=0, 1,2 at%)
实验合金的背散射扫描电子显微镜照片，时效热处理温度为900℃@ 8 h + 750℃@ 12 h / 600 h / 1000 h。
铁基高温合金： 钇元素的加入
GH1131
The coking kinetics of specimens with and without Y addition at 1173K for 20 h.
Surface SEM images of (a,b) bare specimen; (c,d) specimen with Y addition after coking experiment at 1173K for 6h. (b,d)are high magnification of(a,c), respectively
超高温合金
随着材料加工水平的提高，从最初的变形合金、传统铸造合金，发展到目前广泛应用的 定向凝固合金及单晶等材料，最高承温能力也从最初的800℃提高到1100℃。而叶片冷却技 术及表面涂层技术的发展使高温材料的最高承温能力进一步提高到1200℃，这已是Ni基高温 合金的应用极限温度，但为了追求更高的发动机热效率，迫切需要研发最高承温能力在 1200℃以上的超高温材料。 当今，许多发达国家已经开始了对具有更高应用温度的新型高温金属结构材料的研究。 金属Nb的熔点为2469℃，密度为8.56 g/cm3，其在常温下具有良好的韧性，且对一系列强化 元素具有很强的溶解能力；Si的熔点为1410℃，密度为2.33 g/cm3，能形成抗氧化性能良好 的SiO2膜。Nb-Si基超高温合金具有熔点高、密度低、高温强度优良等特性，使用温度可达 1250~1400℃，比第4代Ni基高温合金高200℃左右，是高温结构材料研究领域的热点之一。
Part Four
高温合金的成分设计
固溶强化 结构强化 沉淀强化 晶界强化 碳化物和氧化物强化 定向凝固Leabharlann 提高高温性能 的途径和方法
工艺强化
粉末冶金
快速凝固
合作QQ： 243001978
钴基高温合金：Nb和Ta元素的添加对钴基高温合金蠕变性能的影响
钴基高温合金在相同的加载条件下的蠕变应变率与时间的修正曲线：（a）900℃；（b）1000℃
铌硅基超高温合金
铌硅基超高温合金合金化的成分 设计是基于铌硅二元相图的基础上的 对Nb-Si基超高温合金进行多元合金 化之后，合金的相组成和组织形貌不可避 免的会发生变化，从而引起合金力学性能 及抗氧化性能的变化。根据合金的使用条 件来选择适当的合金化元素，制定相应的 合金化成分，得到合适的组成相和组织形 貌非常重要。 目前，在Nb-Si基超高温合金中添加 的合金化元素有Ti、Al、Cr、Hf、Zr、Mo、 Fe、Sn、B、Ge以及Y和Dy等稀土元素。
Part
One
高温合金的定义和性能
高温合金的定义
高 温 合 金
高温合金的性能特点
合作QQ： 243001978
Part
Two
高温合金的分类和特点
按强化方式，可分为固溶强化高温合金、时效强化高温合 金和氧化物弥散强化高温合金。
按主要用途又可分为板材合金、棒材合金和盘材合金。
高温合金的特点
1
2
Ni基单晶高温合金的初始微观结构。 （a，b）时效处理前后 样品的典型微观结构。 （c）由EDS获得的（a）中由虚线矩 形表示的区域的元素分布图。 （d）由虚线矩形描绘的（b） 中的界面位错网络的放大图像（左）和3D位错断层摄影（补充 电影1）的相应屏幕截图（右），其显示错位网络正好“粘贴” 在 相界。 查看方向是[001]。
镍基高温合金： 铼元素在镍基高温合金中的界面位错网络中的分布
Nominal composition (in wt.%) of the second-generation singlecrystalline superalloy is 6.0Al, 6.9Cr, 8.9Co, 1.4Mo, 6.7Ta, 5.5W, 2.9Re, and bal. Ni.