粉末高温合金.

（5）碳化物、硼化物强化元素：碳、硼、铬、钨、钼、
钒、铌、钽、铪、锆和氮，主要形成初生和次生的各种类型 碳化物和硼化物强化合金。 （6）晶界和枝晶间强化元素：硼、铈、钇、锆和铪，这 些元素以间隙原子或第二相形式强化晶界。
2、粉末高温合金中的相 高温合金通常采用复杂合金化， 加入大量的镍、铬、
钨、铂、铌、钽、铝、钒及微量的碳、硼、铪、锆、铅等
展历史表明涡轮盘材料性能一直是制约其技术性能、可靠
性及安全性的关键因素之一。随着高性能航空发动机的发 展，对涡轮盘材料的性能要求越来越高越来越严格，传统
的铸锻高温合金由于合金化程度的提高，铸锭偏析严重，
压力加工成型困难，已难以满足要求。
于20世纪60年代开始研发的新一代高温合金材料— 粉末高温合金，利用粉末冶金工艺生产，以精细金属粉 末作为成形材料，采用预合金粉末、热等静压、挤压、
上进行了优化，提高了合金化程度，并采用了合适的冶金工 艺，获得的合金组织较前两代更为理想，因此第三代粉末高
温合金具备了强度和损伤容限兼优的性能特点，而且可以在
很高的温度下使用[4]。
研究现状：
由于粉末高温合金的研制技术难度高、投资大、涉及
的学科领域广，目前世界上只有美国和俄罗斯研究较深入 ，技术相对成熟；而英国、法国、德国和中国也正在进行
的基础上适当降低碳含量，添加了MC型强碳化物形成元素 Nb、Hf等，以防止形成原始粉末颗粒边界PPB而发展起来的
，第一代粉末高温合金中强化相γ含量高，晶粒细小，抗拉
强度高，其使用温度通常在650℃[3]。
•
为了提高第一代粉末高温合金的疲劳抗力和使用温度，
第二代粉末高温合金增大了第一代高温合金的晶粒度，使得 其抗拉强度较低，但具有较高的蠕变强度、裂纹扩展抗力及 损伤容限。 • 为了获得更好的性能，第三代粉末高温合金在合金成分
化物（MC、M6C、M23C6、M7C3）所组成。随着合金的发
展， γ′相形成元素（Al+Ti）的含量也越来越高， γ′相的数 量最高增加到65%，合金强度不断提高[2]。
粉末高温合金的发展历程和研究现状
发展历程：
•
经过近40年的发展，镍基粉末高温合金目前已经历了第
一代、第二代和第三代的研制历程。 • 第一代粉末高温合金是在变形盘件合金或铸造叶片合金
化物M3B2，硫化物M2SC等相。
'
这些相在合金中起着不同作用, 有些是高温合金的主 要强化相如γ′相 ，有些损害合金的强度和延性如所谓的 TCP相
, Laves,
等相。因此对合金组成相的分析包
括组成相的形态、分布、数量、结构、成分及其变化规律
是控制性能的重要环节。
三、Ni基粉末高温合金的组织 高温合金从基体上主要可以分为铁基、镍基和钻基高 温合金。由于镍基高温合金具有良好的综合性能，故得到 了广泛的应用。镍基粉末高温合金的组织结构主要是由面 心立方结构的奥氏体（基体）、γ′相 （ 主要强化相）和碳
数量等有直接的影响。
制粉与成型工艺 粉末的制备是粉末高温合金生产过程中最重要的环 节，粉末的质量直接影响零件的性能，目前在实际生产中
主要采用AA 工艺、PREP(REP) 工艺和溶氢雾化( SHA)
工艺，三种制粉工艺特性比较见表1[5]。粉末形貌见图1[5] 。俄罗斯和我国采用PREP 制粉工艺，美国等国家主要采
元素， 通过固溶强化、时效强化和晶界强化使合金获得足 够的高温强度和其他综合性能。由于成分复杂，合金组成
相也甚多。就实用的铁基、镍基、钴基合金来说，目前常
见的组成相多达十余种，如碳化物 M 23C6 , M 6C, M12C, MC ， 金属间化合物 ', ', '', , , Laves, , G, ，硼
等温锻造、热处理等冶金方法制造成盘件。粉末高温合
金解决了传统的铸锻高温合金铸锭偏析严重、热加工性 能差、成形 困难等问题，具有合金化程度高、晶粒细小 、组织均匀、屈服强度高、疲劳性能好等优点，是现代 高推重比发动机涡轮盘等关键部件的首选材料[1]。
二、粉末高温合金的化学成分和相组成 1、粉末高温合金中涉及的化学成分
标题：粉末高温合金
开 篇 引 言
粉末高温合金是20世纪60年代诞生的新一
代高温合金材料，由于用精细的金属粉末作为 成形材料，经过热加工处理得到的合金组织均 匀、无宏观偏析、合金化程度高，而且具有屈 服强度高和疲劳性能好等一系列优点，因此， 很快成为高推重比航空发动机涡轮盘等关键部 件的首选材料。以下我就粉末高温合金作几点 介绍。
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wenku.baidu.comγ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。
粉末高温合部件的研究和生产。在粉末高温合金的领域，
美国和俄罗斯工艺各异，都居于世界领先地位。我国于上 世纪70年代末开展粉末高温合金研究，目前研制粉末高温 合金的单位主要有钢铁研究总院、北京航空材料研究院 (621所)和北京科技大学等。
粉末高温合金的制备方法
目前粉末冶金高温合金的工艺流程大致如下: 预合金 粉末的制造→压实(热压、热等静压、挤压等) →热加工 变形(模锻、轧制、等温锻等) →机加工→无损检测→热 处理[2]。这些制造工艺水平的高低决定着合金的组织和性 能，对合金的晶粒度，基体中强化相尺寸、形状、分布和
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内 容 导 览
粉末高温合金概述 粉末高温合金的研究现状 粉末高温合金的制备方法 粉末高温合金的发展前景
粉末高温合金概述
一、粉末高温合金的研究背景： 涡轮盘是燃气涡轮发动机关键件之一。其工作条件十
分苛刻，在高温、高转速、高应力、高速气流下工作，涡
轮盘各部承受不同的交变负荷，其工作状况直接影响发动 机的可靠性、安全性和耐久性。航空燃气涡轮发动机的发