镍基高温合金

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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。
• 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。
四、生产工艺
• 冶炼方面:为了获得更纯净化的钢水,减 低气体含量与有害元素含量;同时由于部分合 金中有易氧化元素如Al,Ti等存在,非真空方 式冶炼难以控制;更是为了获得更好的热塑性, 镍基耐热合金,通常采用真空感应炉熔炼,甚 至用真空感应冶炼加真空自耗炉或电渣炉重熔 方式进行生产。
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。
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。
谢谢观赏
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
三、成分和性能
• 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
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
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
变形方面
• 采用锻造、轧制工艺,对于热塑性 差的合金甚至采用挤压开坯后轧制或用 软钢(或不锈钢)包套直接挤压工艺。变 形的目的是为了破碎铸造组织,优化微 观组织结构。
铸造方面
• 铸造方面:通常用真空感应炉熔炼 母合金保证成分与控制气体与杂质含量, 并用真空重熔-精密铸造法制成零件。
热处理方面
• 热处理方面:变形合金和部分铸造 合金需进行热处理,包括固溶处理、中 间处理和时效处理,以Udmet 500合金 为例,它的热处理制度分为四段:固溶 处理,1175℃,2小时,空冷;中间处理, 1080℃,4小时,空冷;一次时效处理, 843℃,24小时,空冷;二次时效处理, 760℃,16小时,空冷。以获得所要求 的组织状态和良好的综合性能。
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;
为了满足舰船和工业燃气轮机的需要,60年 代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织 稳定的高铬镍基合金。
在从40年代初到70年代末大约40年的时间内, 镍基合金的工作温度从 700℃提高到1100℃, 平均每年提高10℃左右。
二、分类
• 高温合金材料按制造工艺,可分为变形高温合金、铸
Байду номын сангаас
造高温合金、粉末冶金高温合金和发散冷却高温合金。
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。
高温合金 汽车增压器喷嘴环叶片
燃气轮机涡轮零件
一、发展过程
• 镍基高温合金是30年代后期开始研制的
• 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。 • 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
• 1941:英国首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni20Cr-0.4Ti) ;为了提高蠕变强度又添加铝,研制出 Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。 • 40年代中期 :美国 • 40年代后期 :苏联
• 50年代中期 :中国
镍基合金发展的两个方面
包括:合金成分的改进和生产工艺的革新 50年代初:真空熔炼技术的发展,为炼制含高铝和钛的 镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合 金。 50年代后期:采用熔模精密铸造工艺,发展出一系列具 有良好高温强度的铸造合金。 60年代中期:发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合 金以及粉末冶金高温合金。
高 温 合 金
报告人:舒淑奇 学号:08120039
目录 一、发展过程 二、分类 三、成分和性能
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。
• 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。
• 按主要用途又可分为板材合金、棒材合金和盘材合金。
镍基变形高温合金 (wrought nickel - base superalloy )
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