高温合金基础知识
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
-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.
Ni3Al基础知识
Ni3Al基金属间合金的研究S1******* 陈义高温结构材料起源于40年代军用飞机的需要, 目前已成为军用和民用高温燃汽轮机不可代替的关键性材料。
高温结构材料在高温下具有高强度, 以保证发动机的油耗不致过高; 具有很强的抗腐蚀能力, 在高温燃气的冲刷及腐蚀性介质的侵蚀下保持其性能; 还能长期安全可靠地工作。
而金属间化合物以其耐高温, 抗腐蚀和耐冲刷等特性成为航空航天、交通运输、化工机械等行业重要的结构材料, 并在近20年受到广泛研究。
由于金属间化合物晶体中金属键与共价键共存, 同时兼有金属韧性和陶瓷的高温性能, 因此具有很大的发展潜力。
由于金属间化合物Ni3Al 基高温结构材料在室温下具有优异的抗腐蚀性能, 受到工业界的注意, 但其晶间脆断是制约其工程化应用最大障碍, 表明这类材料具有巨大的应用潜力同时也存在一定缺陷。
1. Ni3Al 金属间化合物的特性Ni3Al 是一种具有L12 型晶体结构的长程有序金属间化合物( 表1) , 当接近其熔点时还能保持高度有序, 其晶格常数a= 0. 3561nm, 熔点为 ,杨氏模量, 电阻率为，热导率为, Ni3Al 金属间化合物熔点高, 抗高温氧化性能好, 有较高的高温强度和蠕变抗力以及强度大等特点, 而且在一定的温度范围内, 其屈服强度反而随温度的上升而提高, 这些特点都是高温结构材料所希望的。
2.合金元素在Ni3Al 金属间化合物中的作用2.1合金元素对力学性能的影响2.1. 1对强度的影响Ni3Al 在室温下通常强度不是很高。
但是大多数有序合金特别是那些具有L12 结构的大部分合金, 其塑性变形的一个显著特点是流变应力随温度升高而急剧增加。
Ni 基高温合金主要包括两相,固溶相 ( 无序的面心立方相, 具有A1结构)和中间化合物 ( 有序的面心立方相,具有L12 结构)。
通常,与无序或部分有序合金相比, 长程有序合金具有高的应变硬化速率。
W和Mo 的添加可大幅度地提高材料的高温抗拉强度和持久性能,W和Mo 同时加入要比单独添加Mo的强化效果好,但W和Mo 的加入降低了合金的塑性。
镍基高温合金熔点
镍基高温合金熔点1. 介绍镍基高温合金是一种具有优异高温性能的金属材料，主要由镍作为基体元素，通过合金化添加其他元素来增强材料的力学性能和耐高温性能。
其中，熔点是衡量材料热稳定性的重要指标之一。
本文将重点探讨镍基高温合金的熔点及其相关知识。
2. 镍基高温合金的组成镍基高温合金的主要组成元素包括镍、铬、钼、铌、钨、铁等。
这些元素通过合金化相互作用，可以提高合金的热稳定性、力学性能和耐腐蚀性。
3. 镍基高温合金的晶体结构镍基高温合金的晶体结构主要是面心立方（FCC）结构和体心立方（BCC）结构两种。
镍的原子在面心立方结构中排列得更为紧密，因此，镍基高温合金的熔点通常较高。
4. 镍基高温合金的熔点特性镍基高温合金的熔点受多种因素影响，例如合金元素的种类和含量、晶体结构、晶格畸变等。
一般而言，熔点随着合金元素含量的增加而提高，这是因为合金元素的加入可以破坏晶体结构的稳定性，从而提高合金的熔点。
5. 镍基高温合金的常见熔点范围镍基高温合金的熔点范围通常在1200°C至1500°C之间。
不同合金的具体熔点取决于其组成和制备工艺。
例如，IN718合金的熔点约为1320°C，而IN625合金的熔点约为1350°C。
6. 熔点对镍基高温合金性能的影响熔点是镍基高温合金的重要性能指标之一，它直接影响合金的高温稳定性和耐腐蚀性。
较高的熔点意味着合金在高温环境下能够保持较好的结构稳定性，同时具有较好的耐腐蚀性能。
7. 提高镍基高温合金熔点的方法提高镍基高温合金的熔点可以通过以下几种方法：•增加合金元素的含量：合金元素的加入可以提高合金的热稳定性，从而使熔点升高。
•改变合金的晶体结构：通过合金化或热处理等方法，调控合金的晶体结构，使其更为稳定，从而提高熔点。
•精确控制制备工艺：制备工艺的优化可以通过改变晶体的形貌和结晶方式，从而影响合金的熔点。
8. 应用领域镍基高温合金由于其优异的高温性能和耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天、石化、能源等领域。
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。
Ni3Al基础知识
Ni3Al基金属间合金的研究S1******* 陈义高温结构材料起源于40年代军用飞机的需要, 目前已成为军用和民用高温燃汽轮机不可代替的关键性材料。
高温结构材料在高温下具有高强度, 以保证发动机的油耗不致过高; 具有很强的抗腐蚀能力, 在高温燃气的冲刷及腐蚀性介质的侵蚀下保持其性能; 还能长期安全可靠地工作。
而金属间化合物以其耐高温, 抗腐蚀和耐冲刷等特性成为航空航天、交通运输、化工机械等行业重要的结构材料, 并在近20年受到广泛研究。
由于金属间化合物晶体中金属键与共价键共存, 同时兼有金属韧性和陶瓷的高温性能, 因此具有很大的发展潜力。
由于金属间化合物Ni3Al 基高温结构材料在室温下具有优异的抗腐蚀性能, 受到工业界的注意, 但其晶间脆断是制约其工程化应用最大障碍, 表明这类材料具有巨大的应用潜力同时也存在一定缺陷。
1. Ni3Al 金属间化合物的特性Ni3Al 是一种具有L12 型晶体结构的长程有序金属间化合物( 表1) , 当接近其熔点时还能保持高度有序, 其晶格常数a= 0. 3561nm, 熔点为 ,杨氏模量, 电阻率为，热导率为, Ni3Al 金属间化合物熔点高, 抗高温氧化性能好, 有较高的高温强度和蠕变抗力以及强度大等特点, 而且在一定的温度范围内, 其屈服强度反而随温度的上升而提高, 这些特点都是高温结构材料所希望的。
2.合金元素在Ni3Al 金属间化合物中的作用2.1合金元素对力学性能的影响2.1. 1对强度的影响Ni3Al 在室温下通常强度不是很高。
但是大多数有序合金特别是那些具有L12 结构的大部分合金, 其塑性变形的一个显著特点是流变应力随温度升高而急剧增加。
Ni 基高温合金主要包括两相,固溶相 ( 无序的面心立方相, 具有A1结构)和中间化合物 ( 有序的面心立方相,具有L12 结构)。
通常,与无序或部分有序合金相比, 长程有序合金具有高的应变硬化速率。
W和Mo 的添加可大幅度地提高材料的高温抗拉强度和持久性能,W和Mo 同时加入要比单独添加Mo的强化效果好,但W和Mo 的加入降低了合金的塑性。
高温合金中常见元素及其作用
高温合金中常见元素及其作用高温合金中常见元素及其作用高温合金是航空、航天、能源等领域中广泛应用的一种材料，具有优良的耐高温、抗氧化和抗腐蚀性能。
这些合金中包含多种元素，这些元素的种类和比例会直接影响合金的性能。
本文将介绍一些常见的高温合金元素及其作用。
一、镍（Ni）镍是高温合金中的主要元素之一，通常含量在50%以上。
它能够提高合金的强度、韧性、抗氧化性和耐腐蚀性。
镍还可以降低合金的冷脆性，提高可塑性和可焊性。
在高温下，镍能够保持较好的抗蠕变性和持久性，因此常用于制造高温下承受应力的零件。
二、铬（Cr）铬是一种抗氧化性和耐腐蚀性很好的元素，它能够提高合金的硬度、耐磨性和耐热性。
同时，铬还可以改善合金的加工性能。
在高温下，铬能够减缓合金的氧化过程，并形成致密的氧化膜，保护合金表面免受进一步氧化。
三、铁（Fe）铁是高温合金中的基本元素之一，通常含量在20%以上。
它能够提高合金的强度和硬度。
铁还可以改善合金的切削加工性能。
在高温下，铁能够减缓合金的氧化过程，并形成致密的氧化膜，保护合金表面免受进一步氧化。
四、钨（W）钨是一种高密度、高熔点和良好的抗腐蚀性的元素，它能够提高合金的强度、硬度和耐热性。
在高温下，钨能够提高合金的抗蠕变性和持久性，常用于制造高温下承受应力的零件。
此外，钨还可以提高合金的抗高温氧化性能。
五、钼（Mo）钼是一种高强度、高熔点和良好的抗腐蚀性的元素，它能够提高合金的强度、硬度和耐热性。
在高温下，钼能够提高合金的抗蠕变性和持久性，常用于制造高温下承受应力的零件。
此外，钼还可以提高合金的抗高温氧化性能。
六、钛（Ti）钛是一种低密度、高强度和高熔点的元素，它能够提高合金的强度、韧性和耐腐蚀性。
在高温下，钛能够形成稳定的氧化膜，保护合金表面免受进一步氧化。
此外，钛还可以改善合金的加工性能和抗腐蚀性能。
七、铝（Al）铝是一种轻质、高强度和良好的抗腐蚀性的元素，它能够提高合金的强度、硬度和耐热性。
高温合金的特点
高温合金的特点
高温合金的特点
一、强度高
高温合金具有极高的强度，其最大的优势之一就是可以承受非常高的温度下的应力，能够确保在高温环境下获得良好的抗腐蚀性。
这种特性使高温合金成为极其适合用于高温环境下的工业生产的材料，在航空、航天等高技术产业中，也能应用到许多火炉、锅炉、发动机零件、汽车上等上。
二、耐腐蚀性强
高温合金具有优异的耐腐蚀性，可以抵御大多数腐蚀性介质，使其在各种腐蚀性情况下保持其原有特性。
由于其耐腐蚀性强，广泛应用于化工、冶金、石油等行业。
三、热容量大
高温合金具有良好的热容量，能够在热和冷的转变中极好的稳定性，而且即使是极低的温度也能够达到其原有的特性。
四、抗高温氧化性好
高温合金具有极佳的抗高温氧化性，能够在高温下抵抗氧化损伤，它可以显著提高器件的耐用性，这也是其备受欢迎的原因之一。
五、综合性能优良
在综合性能方面，高温合金同样表现不凡，无论是耐热性、耐腐蚀性、强度、热容量还是抗高温氧化性等，它们都表现出强劲的优势。
- 1 -。
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.常见高温合金及其应用领域4.高温合金的选材原则与加工工艺5.我国高温合金产业的发展现状与展望正文：一、高温合金概述高温合金是指在高温环境下具有良好抗氧化性、热疲劳性、蠕变性等性能的金属材料。
高温合金通常由铁、镍、钴、钛等金属元素组成，并添加了铬、铝、钨、硼等合金元素。
高温合金广泛应用于航空航天、电力、石油化工、核工业等高温、高压、高氧化性环境下。
二、高温合金牌号国标分类根据我国国家标准GB/T 15000-2017《高温合金和耐热钢分类》，高温合金牌号分为以下几类：1.铁基高温合金：如GH系列、Fecralloy等；2.镍基高温合金：如IN718、IN738、IN939等；3.钴基高温合金：如CoCrAlY、CoNiCrAlY等；4.钛基高温合金：如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn等；5.铜基高温合金：如Cu-Ni-Fe、Cu-Al等。
三、常见高温合金及其应用领域1.铁基高温合金：广泛应用于涡轮叶片、涡轮盘、热交换器、螺栓等部件；2.镍基高温合金：应用于涡轮叶片、涡轮盘、燃烧室、喷嘴等高温高压环境；3.钴基高温合金：主要应用于航空航天、核工业等领域的高温部件；4.钛基高温合金：应用于航空航天、化工、医疗等领域的耐磨、耐腐蚀部件；5.铜基高温合金：应用于导热、导电、耐磨等高温环境。
四、高温合金的选材原则与加工工艺1.选材原则：根据使用环境、力学性能、加工性能等方面进行选择；2.加工工艺：包括熔炼、铸造、锻造、焊接、热处理等。
加工过程中应注意控制晶粒度、组织形态、杂质含量等，以保证高温合金的性能。
五、我国高温合金产业的发展现状与展望1.发展现状：我国高温合金产业已具备一定的规模，产品种类日益丰富，部分产品达到国际先进水平；2.发展趋势：高端化、轻质化、环保化、智能化。
未来我国高温合金产业将加大对新材料、新技术的研发投入，提高产品质量，拓宽应用领域。
《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。
高温合金分类及牌号标准
高温合金分类及牌号标准高温合金是先进发动机的基石，也是航空发动机热端部件的关键材料。
高温合金材料需要在高温、高压、高应力条件下工作，因此要求具有良好的高温强度、抗氧化性和抗腐蚀性等性能。
高温合金的分类和牌号标准是评估和选择材料的重要依据。
一、高温合金的分类1. 变形高温合金变形高温合金是指在高温下可以进行塑性变形加工的高温合金。
变形高温合金是高温合金中市场应用最广的一种，其需求占比达到了70%。
变形高温合金可以加工成各种形状和尺寸的零件，如板材、棒材、管材等。
2. 铸造高温合金铸造高温合金是指通过铸造工艺制备的高温合金。
根据凝固结晶组织的不同，铸造高温合金可以分为等轴晶铸造高温合金、定向凝固柱晶高温合金和单晶高温合金。
等轴晶铸造高温合金的晶粒形状为等轴状，具有良好的综合性能；定向凝固柱晶高温合金的晶粒形状为柱状，具有更高的强度和蠕变性能；单晶高温合金具有更高的抗蠕变性能和抗疲劳性能。
3. 粉末高温合金粉末高温合金是指以金属粉末作为原材料，经过后续热加工处理得到的高温合金。
粉末高温合金是新一代高温合金，具有较高的抗拉强度和良好的抗疲劳性能。
粉末高温合金主要用于制备涡轮盘等高性能发动机部件。
二、高温合金的牌号标准高温合金的牌号标准是评估和选择材料的重要依据之一。
不同牌号的高温合金具有不同的化学成分、组织结构和性能特点，因此需要根据具体的应用场景选择合适的牌号。
1. 变形高温合金牌号标准变形高温合金的牌号主要由数字和字母组成，其中数字表示合金的类别和用途，字母表示合金的主要元素或特点。
例如，GH4169是一种常用的变形高温合金，其数字部分表示它是一种用于航空发动机的高温强度材料，字母部分表示它含有镍、铬、铁等元素。
2. 铸造高温合金牌号标准铸造高温合金的牌号主要由字母和数字组成，其中字母表示合金的类别和用途，数字表示合金的编号。
例如，K213是一种常用的铸造高温合金，其字母部分表示它是一种单晶高温合金，数字部分表示它是第213号高温合金。
镍基高温合金-PPT课件
燃气轮机涡轮零件
西北工业大学
材料学院
陈铮
本科生学位课
金属材料学
6
高温合金的分类
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。
1000
1100
1200
1300
计算结果：界面结构与结构稳定性
(200)L (a)
(100)D (b)
r = ½ [100] (c) ]
(00 2)L
(00 2)D
r = ½ [001] ]
西北工业大学
材料学院
陈铮
本科生学位课
金属材料学
计算结果：包含了相取向、相形貌的组织结构及其稳定性
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 50
22
高温合金的未来
金属间化合物的脆性：是影响其应用的最大问题。脆性与 有序化排列及复杂的晶体结构有关。某些材料单晶塑性好，
但多晶很脆。
（1）加入置换元素，改变原子间键合状态和电荷分布。 （2）通过合金化改变有序结构的类型。 （3）微合金强化晶界。如，添加B消除晶界脆性。 （4）材料的纯化。使用高纯原材料。 （5）细化晶粒。细化第二相组织及加入弥散第二相质点。
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。
7
西北工业大学
材料学院
陈铮
本科生学位课
gh690高温合金标准
GH690高温合金标准GH690高温合金标准概述GH690是一种Ni-Cr-Co基高温合金，具有优良的耐高温性能和抗氧化性能，以及良好的冷热加工性能和焊接性能。
该合金在高温下具有优异的强度和蠕变性能，适用于制造在高温环境下工作的航空发动机零件和其他高温部件。
化学成分GH690合金的化学成分如表1所示。
表1 GH690合金的化学成分（质量分数）（%）物理性能GH690合金的物理性能如表2所示。
表2 GH690合金的物理性能机械性能GH690合金在不同温度下的拉伸性能如表3所示。
表3 GH690合金在不同温度下的拉伸性能疲劳性能GH690合金的疲劳性能如表4所示。
表4 GH690合金的疲劳性能耐腐蚀性能GH690合金具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性能。
在高温环境下，合金表面会形成一层致密的氧化膜，可以有效防止进一步氧化和腐蚀。
此外，合金中的Cr和Co元素可以提高抗腐蚀性能。
制造与加工GH690合金可以采用传统的熔炼和铸造技术制备，如电弧炉熔炼、真空熔炼等。
加工过程中应控制加热温度和冷却速度，以避免产生裂纹和其他缺陷。
该合金可以进行锻造、轧制、挤压和切割等加工。
热处理GH690合金可以通过热处理来优化其力学性能和耐腐蚀性能。
常用的热处理制度包括固溶处理和时效处理。
固溶处理是将合金加热至高温单相区，然后快速冷却，使溶质原子充分固溶在固溶体中。
时效处理是将固溶处理后的合金在较低温度下保温一定时间，使溶质原子析出，形成强化相，从而提高合金的强度和硬度。
应用与限制GH690高温合金广泛应用于航空发动机、燃气轮机和其他高温部件的制造，如燃烧室、涡轮叶片、涡轮盘等。
其优良的耐高温性能和抗氧化性能使其能够在高温环境下保持稳定的性能。
然而，该合金的成本较高，限制了其在一些领域的应用。
此外，由于GH690合金中含有较高的Co元素，可能导致资源稀缺和环境问题，因此在实际应用中需权衡其可持续性问题。
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。
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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
高温合金分类及牌号标准
高温合金分类及牌号标准高温合金是一类特殊合金材料，具有优异的耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度和抗磨损等特点，常用于航空航天、石油化工、汽车制造、医疗设备等领域。
根据材料成分、性能特点和应用领域的不同，高温合金可以分为多种类型，并且各种类型都有相应的牌号标准。
一、高温合金的分类1.镍基高温合金镍基高温合金是指以镍为基本元素，同时含有其他合金元素的高温合金材料。
镍基高温合金具有优异的耐高温、耐腐蚀和抗氧化性能，可以在1200℃以下的高温环境下长期使用。
常见的镍基高温合金有Inconel系列、Hastelloy系列、Nimonic系列等，分别适用于不同的高温环境和工程要求。
2.钛基高温合金钛基高温合金是一类以钛为基本元素，同时含有其他合金元素的高温合金材料。
钛基高温合金具有优异的高温强度、抗氧化性能和耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天领域的涡轮机械、引擎零部件等高温结构件中。
3.铬基高温合金铬基高温合金是一类以铬为基本元素，同时含有其他合金元素的高温合金材料。
铬基高温合金具有优异的耐热性能、耐氧化性能和耐腐蚀性能，常用于石油化工、核能和航空航天领域的高温工程材料中。
4.钨基高温合金钨基高温合金是一类以钨为基本元素，同时含有其他合金元素的高温合金材料。
钨基高温合金具有优异的高温强度、抗氧化性能和耐磨损性能，主要用于高温合金刀具、高温合金钳具、高温合金模具等领域。
5.铌基高温合金铌基高温合金是一类以铌为基本元素，同时含有其他合金元素的高温合金材料。
铌基高温合金具有优异的高温强度、抗氧化性能和耐腐蚀性能，常用于航空航天、船舶制造、核能和化工设备领域。
二、高温合金牌号标准1. Inconel系列Inconel系列是一类镍基高温合金，根据成分和性能特点的不同，分为多个牌号标准，常见的有Inconel 600、Inconel 625、Inconel 718等。
这些牌号标准在高温、耐腐蚀和机械性能方面具有不同的特点，可根据具体用途进行选择。
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。
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中文名称：铸造高温合金
英文名称：cast superalloy
定义：在铸造组织状态下具有良好性能并可直接铸成零件的高温合金。
具有比同成分的变形合金高的抗蠕变性能。
中文名称：变形高温合金
英文名称：wrought superalloy
定义：适宜进行塑性成形的高温合金。
所属学科：航空科技（一级学科）；航空材料（二级学科）
弥散强化
弥散强化指一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段。
是指用不溶于基体金属的超细第二相(强化相)强化的金属材料。
为了使第二相在基体金属中分布均匀，通常用粉末冶金方法制造。
第二相一般为高熔点的氧化物或碳化物、氮化物，其强化作用可保持到较高温度。
弥散强化是强化效果较大的一种强化合金的方法，很有发展前途。
沉淀强化
合金通过相变得到的合金元素与基体元素的化合物会引起合金强化，为沉淀强化，弥散强化则是机械混掺于基体材料中的硬质颗粒引起的强化。
两者的区别是沉淀强化中沉淀相和基体有化学交互作用，而弥散强化沉淀相和基体无化学交互作用。
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；并具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。
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可靠性，
高温合金产品图片融品科技提供
基于上述性能特点，且高温合金的合金化程度较高，又被称为“超合金”，是广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船的一种重要材料。
按基体元素来分，高温合金又分为铁基、镍基、钴基等高温合金。
铁基高温合金使用温度一般只能达到750~780℃，对于在更高温度下使用的耐热部件，则采用镍基和难熔金属为基的合金。
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、有害相少及搞氧化搞腐蚀能力大。
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。