粉末高温合金讲解
FGH4097基沉淀强化型粉末冶金高温合金
元 C
素CrNi源自CoW Mo AlTi
Fe Nb Hf
质
量
分 0.02-0 8.00-1
余
数 .06
0.00
／
%
15.0016.50
≤ 4.80- 3.50- 4.85- 1.60-
0. 5.90 4.20 5.25 2.00
50
2.40- 0.1002.80 0.400
元
Zr
B
素
Ce
Mg
Mn Si
S
P
ON
-
质
量
≤
≤≤
≤
分 0.010- 0.006- 0.005- 0.002- ≤ ≤
0.
0.00 0.01
0.00 -
数 0.015 0.015 0.010 0.050 0.15 0.20
00
9
5
5
／
7
%
FGH4097 物理及力学性能
密度
熔点
8.26g/cm³
1290℃-1350℃
FGH4097 热处理制度 制度Ⅰ：1200℃±10℃*8h/FC→(1150-1170)℃/AC+(800-900)℃*(25-40)h/AC； 制度Ⅱ：1200℃±10℃*4h/AC+(950-650)℃*(3-20)h/AC(三级时效)。
粉末高温合金的应用与发展
$,)& 目 ’$,&%" *+ ! $(-& 目 ’$)." *+ !
" $ /)" *# ! 氩气雾化采用了细粉 $.() 目 制造技术如快速凝固旋转气体雾化和超声 气体雾化等许多新技术 $细粉收得率提高 ! 应用细粉的目的主要是为了控制夹杂尺 寸$改善合金热工艺性能!
(&/$ 图 $(,/# 用 发 动 机 $ ( 0&8 $ 它 也 使
>%+ 合金也是第二代粉末高温合金$由
法国国家宇航研究院’巴黎矿业学院试验室 和 ).?@A 公 司 研 制 的 $ 已 被 选 中 用 于
9:;!++32 材料为例 $从合金研制到盘件装
机试车 $ 全部研究项目在短短四年内就完 成了 ! 另外第二代粉末盘研制继承了早期 粉末盘研制的技术及人才力量 $ 为其快速 发展提供了条件 ! 据报道 $234!5567 材料 四年研制共投资 -)& 万美元! 俄罗斯粉末高温合金的研究与 发展 俄罗斯早在上世纪 %& 年代初期 $几乎 是在美国发展粉末高温合金材料和盘件制
粉末高温合金的应用与发展
>J)I3KK8LMN5L7*IN*OIP)Q)87KR)*5I7SIA#/IFTK)6N88794
!汪武祥
何峰 邹金文 # 北京航空材料研究院
涡
轮盘是航空发动机最重要的核心热 端部件之一 !随着高推比 #高功重比
表 .I 粉末高温合金在高性能发动机上的应用 合金牌号及特点 第一代 发动机 推重比 : 发动机 军用飞机
1>8B.( 公司新型的 .++ 先进燃气涡轮
发动机高压压气机的涡轮盘! 在晶粒度相同 的情况下 $>%+ 的蠕变强度高于 )>%""$裂 纹扩展速率则低于 )>%""! 通过改变加工工 艺和最终热处理$ 可以调整 >%+ 的拉伸性 能和蠕变性能而不影响它的损伤容限性能! 国外在对新合金发展的同时 $ 也对现 有的粉末冶金材料进行挖潜 ! 如对细晶的
粉末高温合金材料的力学特性及其在涡轮盘上的应用研究
应用实践
连接方式：在涡轮盘上应用粉末高温合金材料时，应采用适应高温环境的连 接方式，如激光熔化焊接、电子束焊接等高能束焊接方法，以确保连接部位的强 度和可靠性。
背景
背景
粉末高温合金材料是一种通过粉末冶金工艺制备的合金，具有优异的抗氧化、 抗蠕变和抗疲劳性能。自20世纪60年代粉末高温合金材料问世以来，一直是航空、 航天、能源等领域的重要候选材料。随着涡轮盘在航空、航天、能源等领域的应 用越来越广泛，对于粉末高温合金材料在涡轮盘上的应用研究也日益受到。
材料选择
镍基单晶合金是一种先进的材料，因其出色的高温强度、良好的抗氧化性和 抗腐蚀性，广泛应用于航空、航天和能源等领域。特别是在冷却涡轮叶片上的应 用，其力学特性发挥着至关重要的作用。本次演示将对镍基单晶合金的力学特性 进行深入探讨，并分析其在冷却涡轮叶片上的应用。
二、镍基单晶合金的力学特性
二、镍基单晶合金的力学特性
内容摘要
在石油和化工领域，粉末高温合金可用于制造高温炉具和反应器等关键设备， 提高设备的耐高温性能和抗腐蚀性能。
内容摘要
总之，粉末高温合金作为一种具有优异高温性能和抗氧化性能的合金材料， 在航空、航天、石油和化工等领域有着广泛的应用前景。随着科技的不断发展， 粉末高温合金的研究和应用也将不断深入和扩展，为我国的经济发展和科技进步 做出更加重要的贡献。
三、镍基单晶合金在冷却涡轮叶 片上的应用分析
三、镍基单晶合金在冷却涡轮叶片上的应用分析
粉末冶金高温合金
发展过程
粉末冶金高温合金在高温合金中起强化作用的析出相（金属间化合物或碳化物）随温度升高会重新溶入基体。 因此，高温合金的最高工作温度必然受强化相溶解温度的限制。为解决这一问题，从50年代起美国克里门斯(ns) 和格雷戈里(E.Gregory)等人开始了氧化物弥散强化高温合金的研究。
成分性能
粉末冶金高温合金几种常用沉淀强化型粉末高温合金的化学成分见表1。这些合金与同牌号的用铸造或变形工 艺制备的高温合金相比，含碳量较低，可以避免在粉末颗粒边界析出碳化物膜,影响材料性能。表1中的MERL76合 金是在IN 100合金成分的基础上降低碳含量，并加入强碳化物形成元素铌和铪，这就消除了粉末颗粒表面不良问 题，提高了合金强度，并且可以采用直接热等静压成形工艺。
用粉末冶金工艺制取的高温合金。现代喷气推进技术的发展，对高温合金工作温度及性能的要求日益提高。 用变形工艺和铸造工艺制备高合金化的高温合金，由于铸锭偏析严重、加工性能差和成形困难，已不能满足要求。 而采用粉末冶金工艺，由于粉末颗粒细小，凝固速度快，合金成分均匀，因而产品没有宏观偏析，性能稳定,加工 性能良好,而且可以进一步提高合金化程度。在粉末冶金技术中采用热等静压直接成形或用超塑性等温锻造成接近 制品尺寸的工艺,还可以提高金属利用率,减少机械加工量，从而降低成本。粉末冶金技术的缺点是金属粉末易于 氧化和污染，工艺要求严格。按合金强化方式可分为沉淀强化型和氧化物弥散强化型两类（见金属的强化）。
粉末冶金高温合金
几种常用的沉淀强化型粉末高温合金的性能见表 2。这些合金的屈服强度和疲劳强度显然高于同牌号的铸造 成形和变形高温合金。
高品质粉末高温合金涡轮盘成型工艺研究与示范
高品质粉末高温合金涡轮盘成型工艺研究与示范
高品质粉末高温合金涡轮盘成型工艺研究与示范是指对高品质粉末高温合金涡轮盘的成型工艺进行研究，并进行示范生产。
高品质粉末高温合金涡轮盘是一种重要的高温结构部件，广泛应用于航空、航天、能源等领域。
该研究首先对高品质粉末高温合金的成分、微观结构、力学性能等进行分析和研究，以确定适合成型工艺的材料特性和要求。
然后，针对涡轮盘的形状、尺寸和结构要求，研发适用于高品质粉末高温合金的成型工艺，包括粉末冶金成型技术、热等静压成型技术、射频等离子熔凝成型技术等。
在工艺研究的基础上，进行示范生产，对设计的成型工艺进行实际应用和验证。
通过试验生产和性能测试，评估成型工艺的可行性和效果，并对工艺进行优化。
同时，还可以开展高品质粉末高温合金涡轮盘的仿真模拟研究，以提高成型工艺的精度和效率。
高品质粉末高温合金涡轮盘成型工艺研究与示范的目的是提供一种先进、可靠的涡轮盘成型工艺，提高高品质粉末高温合金涡轮盘的制造质量和生产效率，满足航空、航天、能源等领域对高温结构部件的需求。
粉末高温合金材料的研究开题报告-北科大
目录1 文献综述 (1)1.1 粉末高温合金的概况 (1)1.1.1 镍基高温合金的特点 (1)1.1.2 粉末高温合金的特点 (2)1.1.3 粉末制备方法的比较 (3)1.1.4 成形工艺的比较 (4)1.1.5 热处理工艺 (4)1.1.6 研究发展前景 (6)1.2 粉末高温合金组织缺陷的来源及分析 (8)1.2.1 原始颗粒边界的来源及分析 (8)1.2.2 夹杂物的来源及分析 (11)1.2.3 热诱导孔洞的来源及分析 (18)1.3 粉末高温合金的组织缺陷的控制 (20)1.3.1 原始颗粒边界的控制 (20)1.3.2 夹杂物的控制 (21)1.3.3 热诱导孔洞的控制 (24)2 选题报告 (26)2.1 课题来源与选题意义 (26)2.2 课题研究主要内容及具体方案 (27)2.3 课题研究时间安排 (28)参考文献 (29)1文献综述1.1粉末高温合金的概况粉末高温合金（Powder Metallurgy Superalloy ），总的来说是用粉末冶金工艺制成的高温合金，具体是通过制备粉末、成形、固实、烧结工艺过程来制造的高温合金。
1.1.1镍基高温合金的特点从三代典型粉末高温合金的成分中，如从表1中可以看出，基本上粉末高温合金的Ni质量分数ω(Ni)≥50% 。
表1 三代典型粉末高温合金的成分（质量分数%）[1]例如第一代的René95合金、MERL76 合金，IN100合金等，第二代的René88DT合金、AF115合金、N18合金等，以及第三代的René104 (ME3)、Alloy10合金、RR1000合金等典型的粉末高温合金，都是以Ni元素作为基体的。
一般情况下，高温合金的基体元素有三种，分别是铁、钴、镍元素。
它们的合金强化的特点不同，基本特性也有差异。
以镍作为一种最佳的基体元素，才使得镍基高温合金成为最佳的高温合金系列，那么它的突出特点[2]是：（1）镍基面心立方结构，没有同素异构转变，而铁、钴室温下分别为体心立方和密排六方结构，高温下为面心立方奥氏体结构。
718合金粉末
718合金粉末
718合金粉末是一种高温合金加工材料，主要由镍、铬、钼和铁等元素组成。
它具有极高的耐腐蚀性和高温强度，广泛应用于航空航天、化工、能源和船舶等领域。
718合金粉末的制备方法主要有燃气等离子喷射法、机械球磨法和化学还原法等多种方式。
其中，燃气等离子喷射法是目前应用最广泛的制备方法之一，它能够制备出具有较高致密性和均匀微观结构的718合金粉末。
718合金粉末的应用主要是通过粉末冶金技术制备出高温合金部件，如涡轮叶片、燃气轮盘和燃烧室等。
在制备过程中，通过烧结、热压和热等静压等技术，可以使718合金粉末具有良好的机械性能和高温稳定性。
总的来说，718合金粉末是一种十分重要的高温合金加工材料，具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。
- 1 -。
粉末冶金在燃气轮机涡轮盘中的应用
高性能粉末高温合金在涡轮轮盘中的应用涡轮盘是发动机重要的热端部件之一, 它在极为苛刻的条件下工作,船舶运行时承受着启动-停车循环中的机械应力和温差引起的热应力的叠加作用, 因而要求材料具有足够的力学性能和理化性能, 特别是在使用温度范围内要有尽可能高的低周循环疲劳和热疲劳性能, 这是确定涡轮盘工作寿命的关键因素。
粉末（镍基）高温合金由于具有无宏观偏析、晶粒细小、组织均匀和热加工性能好等优点,很快成为高推重比船舶发动机涡轮盘等关键热端部件的首选材料。
一．国内外发展情况俄罗斯粉末高温合金的研究始于60年代末,1978 年, 粉末高温合金涡轮盘正式在军用发动机上使用, 至今已有20多年。
而美国则在1971年由普·惠公司将铸造合金IN100制成合金粉末, 经挤压塑性等温锻工艺制成涡轮盘、压气机转子。
GE 公司还发展了高蠕变性能的AF115粉末合金, 与高拉伸强度的粉末相配合, 为制造双性能盘提供了有利条件。
在制造工艺方面,欧美国家采用的则是氢气雾化的制粉工艺, 以挤压和等温锻为主的成形工艺。
而俄罗斯在近几年也已建立了大气和真空条件下的等温锻装置, 开展了粉末高温合金等温锻和超塑性锻造的研究。
我国粉末盘的研制从80年代初开始, 重点仿制了高拉伸强度粉末合金, 进行了母合金熔炼, 氢气雾化制粉, 粉末处理, 等静压成形,等温锻, 热处理, 超声检验及表面强化等研究。
90 年代初从俄罗斯引进大型的用于工业化生产的等离子旋转电极制粉设备及盘件生产线, 进行了包套模锻盘的试验研制, 发现了存在的一些问题。
因此, 目前我国倾向于采用HIP等温锻或热模锻工艺路线。
80 年代以前, 粉末盘材料的研究主要追求高强度。
近年来, 随着设计结构完整性大纲的贯彻, 出现了适应损伤容限设计的第二代粉末盘材料。
这类材料的特点是裂纹扩展速率比传统粉末盘合金明显降低, 缺口扩展速率对环境的变化不敏感。
这样, 盘件的检修周期可以大大延长, 明显降低了运行费用。
(完整版)粉末冶金TiAl合金
3、铸态材料存在严重的疏松、缩孔和成分偏析
熔体粘度高， 补缩能力不足，且在凝固过程中存在包晶反应。 铸造钛铝较差的成形性能成为长期制约该材料实用化进程的关键因素。
二、γ-TiAl系合金的制备工艺
γ-TiAl系合金的铸造性能较差，易产生铸态缺陷。粉末冶金方 法在消除宏观成分偏析、 疏松、缩孔和近净成形方面具有明显优 势， 因而也是制备 γ-TiAl基合金的主要方法之一。
2、高温拉伸性能
从图中可以看出粉末冶金γTiAl系合金材料的抗拉强度随温 度的变化而发生剧烈变化：800— 850 ℃ ，粉末冶金γ-TiAl系合金 的强度变化不大；当测试温度超 过850 ℃时，抗拉强度下降明显， 并在1000 ℃时，抗拉强度下降到 290 MPa 左右。
粉末冶金γ-TiAl系合金的伸长 率随着测试温度的升高而增加， 尤其当测试温度由800 ℃升到 900“C时，伸长率急剧增大，而 当超过900℃之后，伸长率变化不 大。
由于Ti-Al金属间化合物的生成热相对较低， 因而需用SHS技术的 “热爆”方式来合成。快速加热时，高密度压坯内细小孔隙产生的较大 毛细作用力将促进熔融Al迅速扩展开，与Ti粉末颗粒产生反应， 因而有 利于燃烧反应的进行以及Ti-Al金属间化合物的合成 。
自蔓延高温合成法也可用于制备TiAl基合金粉末， 这种合金粉末可用 某些特殊粉末冶金成形方法成形。
γ大-T，iA位l是错一的种可有动序性的差，L10从面而心严正重方影结响构了，晶位体错的运塑动性的变点形阵能阻力力。（p-N 力） 另外，γ-TiAl基合金的铸态组织主要由粗大的层片晶团组成， 晶团之间的
变形协调能力差。
这两方面的原因直接导致了 γ-TiAl基合金的室温脆性。
粉末高温合金盘件
世界有色金属1999年第12期WOR LD NONFERROUS METALS粉末高温合金盘件北京航空材料研究院 邹金文1 概述随着航空工业的发展,现代燃气涡轮发动机正向推力大、油耗低、推重比高和使用寿命长的方向发展,这一发展要通过压气机增压比的提高和涡轮进口温度的提高,以及在设计上采用一定的措施来实现。
涡轮盘是发动机重要部件之一,飞行时承受起动、停车循环的机械应力和温差引起的热应力的迭加作用,工作条件极为苛刻,因此对制造涡轮盘件的高温合金提出了更高的要求,要求具有良好的力学性能、理化性能及热工艺性能,特别是在使用温度范围内要有尽可能高的低周疲劳和热疲劳性能,这是确定涡轮工作寿命的关键因素。
为了解决高合金化常规铸锻材料造成的成分偏析和变形加工困难,60年代末期,随着粉末冶金技术的发展,特别是高纯预合金粉末及热等静压技术的兴起,生产出了粉末高温合金涡轮盘件,目前已成为制造高性能涡轮盘最成熟可靠的方法。
2 粉末高温合金特点2.1 粉末高温合金优点2.1.1 消除偏析雾化制粉时每一个细小的粉末颗粒以高达102～105℃/s 的速度冷却,每颗粉末相当于一个显微铸锭,消除了宏观偏析,显微偏析被限制在1.5μm 的枝晶间,用这样的粉末压制成的涡轮盘件毛坯具有均匀的显微组织,避免了常规铸锭中由于偏析造成的低倍缺陷。
2.1.2 细化晶粒由于粉末颗粒是超细晶粒的多晶体,沉淀强化相以极为细小分散的方式存在,这使得压出来的毛坯具有均匀的细晶组织,从而可以提高盘件的强度和低周疲劳寿命,降低力学性能的分散性。
2.1.3 改善工艺性能由于粉末高温合金压坯具有均匀的细晶组织,这样的压坯具有超塑性,大大改善了合金的冷热加工性能。
2.1.4 降低成本利用超塑性锻造和热等静压近尺寸成形技术,可以提高材料利用率,降低昂贵的材料消耗,并可简化工序,因而可使盘件生产成本大为降低。
2.1.5 减轻重量由于粉末高温合金力学性能分散度减小,提高了材料的最低设计应力,减轻了盘件重量。
粉末高温合金涡轮盘组织均匀、晶粒细小、无明显偏析、合金
粉末高温合金涡轮盘组织均匀、晶粒细小、无明显偏析、合金化程度高、抗屈服强度高、抗疲惫性能好，是高推比发动机涡轮盘等部件的首选材料；而与变形高温合金相比，它降低了原材料的消耗，金属的利用率大大进步，本钱低；涡轮盘寿命也明显进步，由原来的1032h进步到1500h。
但同时也增加了车削加工过程的难度，粉末冶金零件的切削车削加工性较差, 一般只能低速车削加工, 并且在使用普通的刀片时刀具磨损很快,刀尖钝化严重, 车削加工质量难以保证。
现结合现场所做粉末高温合金盘的切削试验，介绍一下不同的刀具对的试验车削加工情况。
2 粉末高温合金的切削性能粉末高温合金具有组织均匀、晶粒细小、屈服强度高、抗疲惫性能好等优点，但是由于其中含有很多（如铬、钴、钼、铌、镍、铁、钽等）高熔点合金元素且g相含量高，使得粉末高温合金得到很大的强化效应，在一定的温度范围内，随温度升高，其硬度反而有所进步，由于其材料本身的化学成分及独特的多孔性结构，在较小的面积内其硬度值也有一定的波动。
即使测得的宏观硬度为20~35 HRC，但组成零件的颗粒硬度会高达60HRC，这些硬颗粒会导致严重而急剧的刃口磨损，因此粉末冶金高温合金是典型的难车削加工材料。
涡轮盘的切削试验试验目的：选择好的品牌、好的刀具材料，优化切削参数。
试验刀具：焊接硬质合金刀具、涂层硬质合金刀具、超硬刀具、陶瓷刀具。
试验机床：CK61100（转速范围：4~400r/min。
最小进给0.001m/min；最大回转直径1000mm）。
工艺要求：工件材料FGH96，材料硬度（HB）>388，工件直径610mm；车削加工方法：车削。
丈量仪器：千分表、卡尺。
试验结果与分析1 焊接硬质合金刀具切削试验根据上述粉末高温合金的切削性能分析可知：粉末高温合金比变形高温合金更难车削加工，所以在焊接硬质合金刀具几何角度的选择上，刀具前角应略小，以保证刀具的刀尖强度。
研究中在FGH96 涡轮盘粗车削加工时通过比较试验终极采用YD类的焊接刀具，试验时切削参数如下：切削速度v=10~30m/min，切削深度ap=0.25mm，进给速度f=0.1~0.2mm/r。
高温合金的性能
高温合金是在高温下具有较高力学性能、抗氧化和抗热腐蚀性能的合金。
高温合金按基体成分可分为镍基高温合金、铁镍基高温合金和钴基高温合金，其中镍基高温合金发展最快，使用也最广，铁镍基高温合金次之。
按强化方式分为固溶强化合金和析出强化合金（或称时效沉淀强化合金）等。
按成型方式和生产工艺分为变形合金、铸造合金、粉末冶金合金和机械合金化合金。
固溶强化高温合金的基体为面心立方点阵的固溶体，在其固溶度范围内通过添加铬、钴、钼、钨、铌等元素，提高原子间结合力，产生点阵畸变，降低堆垛层错能，阻止位错运动，提高再结晶温度来强化固溶体。
固溶强化的效果取决于合金化元素的原子尺寸及加入量。
原子半径较大、熔点较高的钼和钨具有较好固溶强化作用，两者总含量可达18%~20%。
铬可防止高温氧化和热腐蚀，但含量过高会降低γ’相的固溶度，使合金的热强性下降。
镍基固溶强化高温合金一般均具有优良的抗氧化、抗热腐蚀性能，塑性较高、焊接性能好，但热性相对较低。
铁镍基固溶强化高温合金，虽然与镍基固熔强化高温合金相比在热强性、抗氧化和抗热腐蚀等方面略差一些，但仍具有良好的力学性能、较好冷热加工工艺性能和焊接性能。
析出强化高温合金是在固溶强化高温合金的基础上，通过添加较多的铝、钛、铌等元素而发展的。
这些无元素除了强化固溶体外，通过时效处理，与镍结合形成共格稳定、成分复杂的Ni3(Al Ti)相(也就是γ’相，具有长程有序的面心立方结构)或Ni3(Nb AI Ti)相（也就是γ’’相，有序体心四方结构）金属间化合物，同时钨、钼、铬等元素与碳形成各种碳化物（如MC M6C M23C6等）由于γ’(γ’’)相和碳化物存在，使合金的热强性大大提高。
此外，这类合金中还可以加入微量的硼、锆和稀士元素、形成间隙相，强化晶界。
近年来发展的一些合金，往往采用固溶，析出和晶界多种方式强化，使合金具有优良的综合性能。
随着AI Ti Nb 等γ’(γ’’)相形成元素含量的提高，其强化效果也增大，热强性提高，但合金的冷热加工性能和焊接性能随之下降。
粉末高温合金的研究与发展
前先进的航空发动机普遍采用了 IN100 、René95 、 L C Ast roloy 、M ERL76 、AP1 、U720 、ЭП741 НП、 RR1000 、René88D T 、N18 等粉末涡轮盘和压气 机 盘 。英 、法 、德等国也将粉末盘用于先进的飞机发动 机上 。美国于 1997 年将双性能粉末盘用于第四代 高性能发动机 。此外 ,粉末盘还用于航天火箭发动 机以及地面燃气 、燃气涡轮动力装置 。
第 6 期 张义文 : 粉末高温合金的研究与发展
·31 ·
合金 。 美国 P &WA 公司首先于 1972 年 ,采用氩气雾
化 (AA) 制粉 + 热挤压 ( HEX) + 等温锻造 ( ITF) 工 艺 (称为 Gaterezing 工艺) 研制成功了 IN100 粉末高 温合金 ,用作 F100 发动机的压气机盘和涡轮盘等 11 个部件 ,装在 F15 和 F16 飞机上 。该公司又于 1976 年采用直接热等静压 (As2HIP) 工艺研制出了 L C Ast roloy (低碳 Ast roloy) 粉末涡轮盘 ,以取代原 来的 Waspaloy 合 金 变 形 涡 轮 盘 , 1977 年 用 于 J T8D217R 和 TF230 发动机上 。1979 年该公司又研 制成功了 M ERL76 粉末涡轮盘 ,用于 J T9D 、J T10D ( PW2073) 等发动机 ,其中 J T9D217R 发动机于 1983 年装配在 B7472300 飞机 上 。美 国 GEA E 公 司 于 1972 年采用 AA 制粉 + As2HIP 工艺研制成功了 René95 粉末涡轮盘 ,于 1973 年首先用于军用直升 机的 T2700 发动机上 ,采用 As2HIP 工艺于 1978 年 又完成了 F404 发动机的压气机盘 、涡轮盘和鼓筒 轴 的 研 制 , 装 配 在 TF/ A218 飞 机 上 , 之 后 As2 HIPRené95 粉 末 盘 应 用 于 CF6280C2 、CFM56 和 F101 发动机上 。1980 年一架装有 F404 发动机的 TF/ A218 飞 机 由 于 低 压 涡 轮 盘 破 裂 失 事 后 , 对 René95 粉末盘的制造工艺进行了调整 ,采用 HIP + ITF 或 HEX + ITF 工艺 ,调整后的 René95 粉末盘 用于 F404 、F101 和 F110 发动机上 。T2700 发动机 上的 René95 合金零件至今仍全部采用 As2HIP 工 艺生产 ,使用中未出现任何问题 。美国 Special Met2 als 公司研制的 U720 粉末盘也已在发动机上使用 。
《粉末高温合金》课件
粉末高温合金广泛应用于航空发动机、航天器等 高要求领域，能够承受极端的高温、高压和高速 环境。
02 能源领域
粉末高温合金也广泛应用于能源领域，如燃气轮 机、核反应堆等，能够承受高温和复杂应力环境 。
03 汽车领域
随着汽车工业的发展，粉末高温合金也逐渐应用 于汽车发动机和排气系统等领域，能够提高发动 机效率和排放控制性能。
抗疲劳性能
03
由于其特殊的显微组织和力学性能，粉末高温合金具有较好的
抗疲劳性能，能够承受循环载荷。
高温蠕变性能
蠕变行为
粉末高温合金在高温下表现出良好的蠕变行为，能够在长时间内 保持稳定的结构。
应力松弛
在持续的高温环境下，粉末高温合金的应力松弛现象较轻，能够保 持较高的承载能力。
蠕变断裂
与传统的铸件合金相比，粉末高温合金的蠕变断裂抗力更高，能够 承受更高的温度和应力。
熔炼法
将金属原料熔化后混合，然后进行浇注或轧制成 合金。
热等静压法
将金属粉末装入密封的容器中，在高温高压下进 行烧结或熔炼成合金。
热处理技术
固溶处理
将合金加热至高温单相区 ，使合金元素充分溶解， 然后快速冷却，使元素在 固溶体中过饱和。
时效处理
将固溶处理后的合金加热 至低温单相区，使过饱和 的合金元素析出形成强化 相。
05
结论
粉末高温合金的重要性和应用前景
粉末高温合金是一种先进的材料，具有优异的高 温性能和良好的抗氧化、抗腐蚀能力，广泛应用 于航空航天、能源、化工等领域。
随着科技的不断进步，粉末高温合金的应用前景 将更加广阔，为工业发展提供更多可能性。
粉末高温合金面临的挑战和机遇
01 粉末高温合金的制备技术难度高，成本高昂，需 要进一步研究和改进。
国内粉末高温合金的生产工艺
国内粉末高温合金的生产工艺随着航空航天技术的飞速进展，对高推比、高功重比先进航空发动机热端部件的性能要求愈加提高，尤其对涡轮盘的强韧性、疲惫性、牢靠性及耐久性等力学性能提出了更高要求。
但由于涡轮盘材料合金化程度的提高，合金偏析严峻，热工艺性能恶化，采纳传统的铸锻工艺技术制造的高温合金涡轮盘无法满意高推重比先进发动机的要求；而采纳粉末冶金技术制取的粉末高温合金，粉末细小，合金成分匀称，制件性能稳定，热加工变形性能较好，合金化程度提高，特殊是合金的屈服强度和抗疲惫性有显著提高。
在粉末冶金高温合金领域，只有美国、俄罗斯等少数几个国家把握了相关的生产技术。
目前，我国主要有钢铁讨论总院、北京科技大学、北京航材院等几家单位从事粉末高温合金的应用讨论。
一、国内粉末高温合金的讨论进展为满意对高性能航空发动机进展需求，国内20世纪70年月末已开头粉末高温合金方面的讨论。
80年月末，钢铁讨论总院初步建成一条粉末高温合金研制生产线。
1984年，采纳“氩气雾化工艺制粉+包套模锻”的生产工艺胜利研制出某发动机涡轮盘，其根本性能接近美国同类产品的标准水平。
1994年，引进俄罗斯的等离子旋转电极制粉工艺设备以及粉末处理、大型真空退火炉等设备，并从荷兰引进用于无损探伤的大型超声波水浸探伤仪。
目前，我国已形成“等离子旋转电极工艺制粉+热等静压成形+包套模锻+热处理”等完整的粉末盘生产工艺。
我国经过几十年的进展讨论，已胜利建立了粉末高温合金材料体系。
第一代高强型粉末高温合金FGH95，相当于美国一代合金Ren‘95，其使用温度为650℃。
直接热等静压工艺生产的FGH95粉末涡轮盘及导流盘己完成生产定型。
其次代粉末高温合金FGH96属损伤容限型粉末高温合金，相当于美国二代合金Ren‘88DT，该合金使用温度为750℃，具有良好的抗疲惫裂纹扩展性能。
FGH96合金全尺寸涡轮盘采纳的生产工艺为“热等静压+等温锻+热处理”。
此外，在俄罗斯ЭП741HП合金的根底上改良而成的FGH97合金也马上获得应用。
粉末冶金Ni_Cr_W_Co_Fe_C高温合金的制备
①粉末冶金 Ni 2C r 2W 2Co 2Fe 2C 高温合金的制备黄新民( 合肥工业大学 ,安徽 合肥 ,230009)摘 要 : 真空熔炼的 Ni 2C r 2W 2C o 2Fe 2C 合金是一种性能优良的高温合金 ,但其价格较贵难以广泛应用 。
探索了 以粉末冶金方法制备这种高温合金的可能性 ,用此法可大大降低生产成本 ,对工业生产有指导意义 。
关键词 : 粉末冶金 ; 高温合金 ; 制备Ni 2C r 2W 2C o 2Fe 2C 高温合金是近年来发展的一种高温耐蚀耐磨合金 。
国外少数厂家已通过真空熔炼法生成该高温合金 ,并用来制造高温耐磨耐蚀的零部件 , 应用结果显示该高温合金性能优异 。
但真空熔炼法生 产的零件成本高 ,价格较贵 。
用粉末冶金法生产这种 高温合金 ,零件成本将大大降低 。
粉末冶金高温合金已有诸多报道 1 ～4。
不过对于该合金 , 粉末冶金法能 否获得同样的组织性能还有待于进一步探索 。
本文拟 定部分烧结工艺以探讨工艺参数对粉末冶金态高温合 金组织结构的影响 ,为应用粉末冶金态高温合金提供 初步的理论基础 。
磨损实验在 MM - 200 型磨损试验机上进行 。
磨损块是高温合金 ,对磨环是钒钛耐磨铸铁 。
采用无润 滑磨损 ,相对转速为 400 r Πmin ,载荷为 200 N 。
磨损量 以磨痕体积表示 ,磨损量是 5 块试样的平均值 。
实验结果与分析讨论粉末冶金 Ni 2C r 2W 2C o 2Fe 2C 高温合金在不同烧结温度下所获得的组织见图 1 。
由图可见 , 烧结态的合 金组织基本分为四个相 。
首先是大块的基体 ,电子衍 射结果表明是 γ 相 , 基体周围是块状的碳化物 M 7 C 3 和边界呈锯齿状的碳化物 M 6 C ; 部分基体中还存在少 量二次析出相 M 12 C Ⅱ ,见图 2 。
合金结构 X 射线衍射 示于图 3 。
1 260 ℃烧结的合金组织中 M 7 C 3 碳化物呈 大块状分布 ,总体上碳化物含量不高 ;1 280 ℃烧结 ,合 金组织组成没有变化 。
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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。
拟预测淬火过程的应力分布及温度场分布情况，优化设计
合金成分、热等静压包套、锻造模具等，随着粉末高温合 金技术的不断发展，计算机模拟技术的应用将会越来越广
泛。
结束语
由于粉末高温合金被首选用作高推重比航空发动机涡 轮盘材料，具有重要的战略意义，因此各国对这方面的研 究都比较重视。本国自从20世纪70年代末开展了粉末高温 合金的研究以来，也取得了长足的进步。但就目前来说，
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。
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
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
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
[5] 张义文,上官永恒. 粉末冶金高温合金的研究与发展[J ] . 粉
末冶金工业,2004 ,14 (6) :30 - 43.
[6] R.J. Mitchell, M. Preuss, S.Tin, et al. The influence of cooling rate from temperatures above the γ′solvus on morphology,
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
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
包括氩气雾化(AA)和等离子旋转电极法(PREP)都在积极改 进，尽量降低粉末粒度和杂质含量。沿着制造超纯净细粉 方向发展。另外，对粉末进行真空脱气和双韧化处理，提 高压实盘坯的致密度和改善材料的强度和塑性，也是一个 重要的研究内容。
(2)热处理工艺
热处理工艺是制备高性能粉末高温合金的关键技术之
一，由于在淬火过程中开裂问题经常发生，因此，如何选 择合适的淬火介质或者合理的冷却曲线降低淬裂几率是热
2
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
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
mismatch and hardness in advanced polycrystalline nickelbase superalloys[J]. Materials Science and Engineering A, 2008, 473: 158-165.
用AA 制粉工艺生产高温合金粉末。
表1 三种制粉工艺特性比较 生产工艺
粉末形状 及特征 粉末粒度 粒度分布 粉末纯度
AA
粉末主要 为球形,空 心粉较多 范围宽,平 均粒度较 细。 纯度较差, 有坩埚等 污染。 氧含量较 高
PREP(REP)
粉末为球形,表面光 洁,空心粉少。 粒度分布范围较窄, 平均粒度较粗,一般 大于50μm。 纯度较高,基本保持 母合金棒料的水平, 无坩埚污染。 氧含量较低,与母合 金棒料相当,小于70 ×10 - 6 。
研究与发展[J]. 材料工程, 2002, 3: 44-48.
[3] 张义文, 上官永恒. 粉末高温合金的研究与发展[J]. 粉末 冶金工业, 2004, 14(6): 30-42. [4] 胡本芙, 刘国权, 贾成厂等. 新型高性能粉末高温合金的 研究与发展[J]. 材料工程, 2008, 2: 49-53.
同时使碳化物的分布更加合理，组织更加稳定，从而进一步
提高性能。时效制度的两个主要参数就是时效的温度和时效 的次数。一般二次时效后，细小γ′相含量将增加[6]。
对于镍基粉末高温合金的热处理工艺来说，固溶处理
是为了溶解基体内的碳化物、 γ′相等，从而得到均匀的固
溶体，以便时效时均匀地析出γ′相，另外通过固溶处理还 可以获得适宜的晶粒度，以便提高合金的强度或高温蠕变 性能等。固溶温度的高低通常是以γ′相的溶解温度为基准 的。一般在低于γ′相溶解温度进行固溶处理，得到细晶组 织，屈服强度和疲劳性能好；而在γ′相溶解温度以上进行 固溶处理，得到粗晶组织，蠕变强度高和裂纹扩展速率低 。
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)