镍基高温合金
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高温合金
1 高温合金材料 (superalloy material)
• 一般指在600℃以上承受一定应力条件下工作的合金材料。 它不但有良好的高温抗氧化和抗腐蚀能力，而且有较高的 高温强度、蠕变强度和持久性能以及良好的抗疲劳性能。 它是现代航空发动机、航天器和火箭发动机以及舰艇和工 业燃气轮机的关键热端部件材料（如涡轮叶片、导向器叶 片、涡轮盘、燃烧室和机匣等），也是核反应堆、化工设 备、煤转化技术等方面需要的重要高温结构材料。
• 按强化方式可分为固溶强化镍基变形高温合金，弱时 效强化镍基变形高温合金和强时效强化镍基变形高温 合金3类。
• 用途：镍基变形高温合金广泛地用来制造航空喷气发 动机、各种工业燃气轮机的热端部件，如工作叶片， 导向叶片、涡轮盘和燃烧室等。
高温合金（GH132、 GH145、GH169）
GH3039等高温合金系列
• 合金元素的作用：
• 铬在镍基变形高温合金中的主要作用：增加抗氧化及 耐蚀能力。
• 20世纪40～50年代发展的镍基变形高温合金中铬含量 高达18%～20%，在60年代，为了提高高温强度，将 铬含量降低到8%～12%。过度降铬有损抗氧化、耐蚀 能力。
• 固溶强化镍基变形高温合金中加入较多的钨、钼、钴等元 素。
• 弱时效强化镍基变形高温合金可添加一定量的铝、钛、铌 等时效强化元素。
• 强时效强化镍基变形高温合金中则可以加入多量的铝、钛、 铌元素，但其总量不能超过7.5%。也加入硼、铈、镁等 晶界强化元素。
组织特点 ： 主要的强化相是γ´(Ni3Al)相，含量达20%～55%左右。 另一类强化相是γ″(Ni3Nb)相，在700℃以下对强度的贡献 远大于γ´相，特别显著地提高屈服强度，是涡轮盘材料中 有名的强化相。 加工方法： 变形高温合金塑性较低，变形抗力大，特别是 含γ´相很高的强时效强化镍基变形高温合金，使用普通的 热加工手段变形有一定困难，往往需采取一些特殊的加工 工艺，如钢锭直接轧制、钢锭包套直接轧制和包套镦饼等 新工艺。也采用加镁微合金化和弯曲晶界热处理工艺来提 高塑性。
• 应用 镍基铸造高温合金用于飞机、船舶、工业和车 辆用燃气轮机的最关键的高温部件，如涡轮机叶片、 导向叶片和整体涡轮等。
添加元素及作用 ：
镍基铸造高温合金以γ相为基体， 添加铝、钛、铌、钽等形成γ´相进行强化，γ´相数量较多， 有的合金高达60%；
加入钴能提高γ´相的溶解温度，提高合金的使用温度；
钼、钨、铬具有强化固溶体的作用，铬、钼、钽还能形成一 系列对晶界产生强化作用的碳化物；
铝和铬有助于抗氧化能力，但铬降低γ´相的溶解度和高温强 度，因此铬含量应低些；
• 按主要用途又可分为板材合金、棒材合金和盘材合金。
3 镍基变形高温合金 (wrought nickel - base superalloy )
• 以镍为主要基体成分的变形高温合金。镍基变形高温 合金以汉语拼音字母“GH” 加序号表示，如GH36、 GH49、GH141等。它可采用常规的锻、轧和挤压等 冷、热变形手段加工成材。
源自文库
高温合金 汽车增压器喷嘴环叶片
燃气轮机涡轮零件
2 分类
• 高温合金材料按制造工艺，可分为变形高温合金、铸 造高温合金、粉末冶金高温合金和发散冷却高温合金。
• 按合金基体元素，可分为铁基、镍基和钴基高温合金， 使用最广的是镍基高温合金，其高温持久强度最高， 钴基高温合金次之，铁基高温合金最低。
• 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。
铪：改善合金中温塑性和强度；
为了强化晶界，添加适量硼、锆等元素。
• 缺点及克服方法 （1）疲劳性能稍差、塑性较低、使用中组织稳定性有 所下降； （2）存在疏松，性能波动较大。 • 为了减轻这些缺点，1968年在美国首先研制了高硼 低碳镍基铸造高温合金。在镍基铸造高温合金其他元素 不变的情况下，将硼含量提高10～20倍，碳含量下降到 0.01%～0.03%，而使合金的强度和塑性提高、疏松减 少，提高了组织长期稳定性等。这类合金已在美国获得 实际应用。
4 镍基铸造高温合金 （cast nickel - base superalloy ）
• 以镍为主要成分的铸造高温合金，以“K”加序号表示， 如K1、K2等。
• 随着使用温度和强度的提高，高温合金的合金化程度 越来越高，热加工成形越来越困难，必须采用铸造工 艺进行生产。另外，采用冷却技术的空心叶片的内部 复杂型腔，只能采用精密铸造工艺才能生产。这样， 镍基变形高温合金就转化为镍基铸造高温合金。
1 高温合金材料 (superalloy material)
• 一般指在600℃以上承受一定应力条件下工作的合金材料。 它不但有良好的高温抗氧化和抗腐蚀能力，而且有较高的 高温强度、蠕变强度和持久性能以及良好的抗疲劳性能。 它是现代航空发动机、航天器和火箭发动机以及舰艇和工 业燃气轮机的关键热端部件材料（如涡轮叶片、导向器叶 片、涡轮盘、燃烧室和机匣等），也是核反应堆、化工设 备、煤转化技术等方面需要的重要高温结构材料。
• 按强化方式可分为固溶强化镍基变形高温合金，弱时 效强化镍基变形高温合金和强时效强化镍基变形高温 合金3类。
• 用途：镍基变形高温合金广泛地用来制造航空喷气发 动机、各种工业燃气轮机的热端部件，如工作叶片， 导向叶片、涡轮盘和燃烧室等。
高温合金（GH132、 GH145、GH169）
GH3039等高温合金系列
• 合金元素的作用：
• 铬在镍基变形高温合金中的主要作用：增加抗氧化及 耐蚀能力。
• 20世纪40～50年代发展的镍基变形高温合金中铬含量 高达18%～20%，在60年代，为了提高高温强度，将 铬含量降低到8%～12%。过度降铬有损抗氧化、耐蚀 能力。
• 固溶强化镍基变形高温合金中加入较多的钨、钼、钴等元 素。
• 弱时效强化镍基变形高温合金可添加一定量的铝、钛、铌 等时效强化元素。
• 强时效强化镍基变形高温合金中则可以加入多量的铝、钛、 铌元素，但其总量不能超过7.5%。也加入硼、铈、镁等 晶界强化元素。
组织特点 ： 主要的强化相是γ´(Ni3Al)相，含量达20%～55%左右。 另一类强化相是γ″(Ni3Nb)相，在700℃以下对强度的贡献 远大于γ´相，特别显著地提高屈服强度，是涡轮盘材料中 有名的强化相。 加工方法： 变形高温合金塑性较低，变形抗力大，特别是 含γ´相很高的强时效强化镍基变形高温合金，使用普通的 热加工手段变形有一定困难，往往需采取一些特殊的加工 工艺，如钢锭直接轧制、钢锭包套直接轧制和包套镦饼等 新工艺。也采用加镁微合金化和弯曲晶界热处理工艺来提 高塑性。
• 应用 镍基铸造高温合金用于飞机、船舶、工业和车 辆用燃气轮机的最关键的高温部件，如涡轮机叶片、 导向叶片和整体涡轮等。
添加元素及作用 ：
镍基铸造高温合金以γ相为基体， 添加铝、钛、铌、钽等形成γ´相进行强化，γ´相数量较多， 有的合金高达60%；
加入钴能提高γ´相的溶解温度，提高合金的使用温度；
钼、钨、铬具有强化固溶体的作用，铬、钼、钽还能形成一 系列对晶界产生强化作用的碳化物；
铝和铬有助于抗氧化能力，但铬降低γ´相的溶解度和高温强 度，因此铬含量应低些；
• 按主要用途又可分为板材合金、棒材合金和盘材合金。
3 镍基变形高温合金 (wrought nickel - base superalloy )
• 以镍为主要基体成分的变形高温合金。镍基变形高温 合金以汉语拼音字母“GH” 加序号表示，如GH36、 GH49、GH141等。它可采用常规的锻、轧和挤压等 冷、热变形手段加工成材。
源自文库
高温合金 汽车增压器喷嘴环叶片
燃气轮机涡轮零件
2 分类
• 高温合金材料按制造工艺，可分为变形高温合金、铸 造高温合金、粉末冶金高温合金和发散冷却高温合金。
• 按合金基体元素，可分为铁基、镍基和钴基高温合金， 使用最广的是镍基高温合金，其高温持久强度最高， 钴基高温合金次之，铁基高温合金最低。
• 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。
铪：改善合金中温塑性和强度；
为了强化晶界，添加适量硼、锆等元素。
• 缺点及克服方法 （1）疲劳性能稍差、塑性较低、使用中组织稳定性有 所下降； （2）存在疏松，性能波动较大。 • 为了减轻这些缺点，1968年在美国首先研制了高硼 低碳镍基铸造高温合金。在镍基铸造高温合金其他元素 不变的情况下，将硼含量提高10～20倍，碳含量下降到 0.01%～0.03%，而使合金的强度和塑性提高、疏松减 少，提高了组织长期稳定性等。这类合金已在美国获得 实际应用。
4 镍基铸造高温合金 （cast nickel - base superalloy ）
• 以镍为主要成分的铸造高温合金，以“K”加序号表示， 如K1、K2等。
• 随着使用温度和强度的提高，高温合金的合金化程度 越来越高，热加工成形越来越困难，必须采用铸造工 艺进行生产。另外，采用冷却技术的空心叶片的内部 复杂型腔，只能采用精密铸造工艺才能生产。这样， 镍基变形高温合金就转化为镍基铸造高温合金。