高温合金材料设计与制备的基础研究
项目名称：高温合金材料设计与制备的基础研究首席科学家：孙晓峰中国科学院金属研究所起止年限：2010年1月-2014年8月
依托部门：中国科学院
一、研究内容
1. 拟解决的关键科学问题
高温合金中通常含有十几种强化元素，合金化程度较高，强化机理复杂，有的强化元素之间还存在较强的交互作用，认识复杂体系中合金化元素的作用机制是高温合金成分优化和发展先进合金的理论基础，但迄今为止，部分元素的作用机制仍不清楚。高温合金中的纯净化冶炼及凝固缺陷控制是改善材料综合性能、提高产品合格率的关键环节，但我国的冶炼水平与欧美等发达国家存在较大差距，对于凝固缺陷的形成机理尚不明确，实际工程中仍然靠经验和反复试制来解决问题，此外，在前期工作中发现现有凝固理论中的枝晶生长机制尚不完善，有待于进一步研究。在热加工方面，粉末冶金与喷射成形为获得均质近终成形大型铸锻件提供了新的短流程、低成本技术途径，然而，对于热加工过程中的塑性变形动力学、原始颗粒边界和夹杂物等缺陷的形成机理和控制方法等方面仍缺乏系统的理论研究工作。抗高温氧化腐蚀防护涂层为高温合金构件的长寿命服役提供了重要的保障，但由于高温防护涂层服役环境的特殊性与防护涂层的多界面特性，使得抗高温腐蚀涂层的防护机理以及陶瓷涂层与金属涂层界面的相容性等科学问题尚没有得到有效的解决。为了保证发动机的安全可靠性，高温合金材料的性能评价方法和基础数据测试是发动机设计选材的重要依据，国内在高温结构材料的使用性能表征方法以及在服役环境下的损伤特征和寿命预测方面开展了一些研究工作，但还没有形成系统的理论体系。针对上述高温合金设计与制备中存在的问题，本项目拟解决的关键科学问题如下：
（1）复杂多元先进高温合金成分设计及强韧化机理
溶质原子Co、W、Mo、Re、Ru等及微量元素C、B、Hf等在先进单晶高温合金中的原子占位、偏聚与扩散行为；强化相的晶体结构、析出规律及稳定性对高温合金组织及性能的影响；热-力耦合作用下固相扩散诱发的合金微结构演变动力学；溶质原子间的交互作用；多元强化合金的成分设计、高温度梯度定向凝固组织与性能调控。
（2）高温合金纯净化冶炼及凝固缺陷形成与控制
高温合金纯净化冶炼过程中杂质元素去除热力学和动力学，高温熔体中亚结构的表征及演化动力学；熔体结构及熔体热历史对凝固组织和缺陷的影响规律；多场耦合作用下胞状枝晶生长机制及凝固组织演变过程；多元复杂合金凝固过程动力学模型的建立、多场耦合求解及凝固组织演变“可视化”数值模拟；高温合金缺陷形成机理与控制基础理论。
铝及铝合金的基础知识.
第一章铝及铝合金的基础知识 第一节铝及铝合金的性质 在有色金属中，铝是应用最广泛的一类金属。其产量仅次于钢铁。铝的发现，至目前还只有二百多年的历史。但由于它具有资源丰富，生产成本低，用途广泛等特点，因此铝工业在近百年的时间内得到了迅猛的发展，随着科学技术的发展及人民生产水平的提高，铝箔应用也越来越广泛。它已经渗透到了人们的日常生活中。 铝及铝合金的性质，概括起来，主要有以下几个方面： １比重小。含铝量为99.5%的工业纯铝的比重为2.7克/立方厘米,只有铁和铜的三分之一左右。 ２导电性好。铝箔电阻系数（２０℃）为2.67微欧毫米/米，相当于铜导电能力的６０－６５％。但相同体积铝的重量只有铜的三分之一，因此按体积计算，铝的导电能力优于铜。３良好的导热性。铝箔导热系数（０－１００℃）为0.54卡/厘米·秒·度,比铁的导热率约大三倍。工业上许多热变换器散热材料，如目前很大的空调器散热片，都是铝及铝合金制成。 ４强度高。铝中加入少量的锰、镁、铜、铁等，具有良好的机械性能。 ５良好的塑性。适合于各种加工，可压成薄板可箔，拉成细丝，磨成细粉和挤压成复杂开头的型材。 ６良好的抗腐蚀．性能。纯铝在空气中，其表面会迅速跟氧结合，生成一层致密的氧化铝薄膜（ＡＬ２Ｏ３），此层致密的薄膜可以防止里面的铝继续氧化，对铝的内部起到保护作用。 ７反射能力很强。铝箔反射率在８５％以上。 ８铝具有银白色光泽、无毒、保鲜性好、防腐、防温、防干燥、不透气、不透光，因此，铝箔被广泛地用作各种食品、药用、香烟的包装上。 ９焊接性能较差。 第二节铝及铝合金的牌号及状态 铝及铝合金的牌号及状态以往都是采用国内统一的表示方法，即汉语拼音加顺序号，自９６年起，这种表示方法已经停止使用，目前采用的是国际四位数字体系的表示方法。 １合金牌号 合金牌号采用的是四位数字体系表示方法，其中：第一位代表合金的系列，如第一位数字为１，则代表为纯铝系列，第一位数字为２－８，则代表不同系列的铝合金。 具体的合金组别按下列主要合金元素划分: 纯铝: 1×××× Cu 2×××× Mn ３×××× Ｓi 4×××× Mg 5×××× Mg+Si 6×××× Zn 7××××
硬质合金刀具基础知识
硬质合金刀具材料基础知识 文章来源：中国刀具信息网添加人：阿刀 硬质合金是使用最广泛的一类高速加工（HSM）刀具材料，此类材料是通过粉末冶金工艺生产的，由硬质碳化物（通常为碳化钨WC）颗粒和质地较软的金属结合剂组成。目前，有数百种不同成分的WC基硬质合金，它们中大部分都采用钴（Co）作为结合剂，镍（Ni）和铬（Cr）也是常用的结合剂元素，另外还可以添加其他一些合金元素。为什么有如此之多的硬质合金牌号？刀具制造商如何为某种特定的切削加工选择正确的刀具材料？为了回答这些问题，首先让我们了解一下使硬质合金成为一种理想刀具材料的各种特性。 硬度与韧性 WC-Co硬质合金在兼具硬度和韧性方面具有独到优势。碳化钨（WC）本身具有很高的硬度（超过刚玉或氧化铝），而且在工作温度升高时其硬度也很少下降。但是，它缺乏足够的韧性，而这对于切削刀具是必不可少的性能。为了利用碳化钨的高硬度，并改善其韧性，人们利用金属结合剂将碳化钨结合在一起，从而使这种材料既具有远远超过高速钢的硬度，同时又能够承受在大多数切削加工中的切削力。此外，它还能承受高速加工所产生的切削高温。 如今，几乎所有的WC-Co刀具和刀片都采用了涂层，因此，基体材料的作用似乎显得不太重要了。但实际上，正是WC-Co材料的高弹性系数（衡量刚度的指标，WC-Co的室温弹性系数约为高速钢的三倍）为涂层提供了不变形的基底。WC-Co基体还能提供所需要的韧性。这些性能都是WC-Co材料的基本特性，但也可以在生产硬质合金粉体时，通过调整材料成分和微观结构而定制材料性能。因此，刀具性能与特定加工的适配性在很大程度上取决于最初的制粉工艺。 制粉工艺 碳化钨粉是通过对钨（W）粉进行渗碳处理而获得的。碳化钨粉的特性（尤其是其粒度）主要取决于原料钨粉的粒度以及渗碳的温度和时间。化学控制也至关重要，碳含量必须保持恒定（接近重量比为6.13％的理论配比值）。为了通过后续工序来控制粉体粒度，可以在渗碳处理之前添加少量的钒和/或铬。不同的下游工艺条件和不同的最终加工用途需要采用特定的碳化钨粒度、碳含量、钒含量和铬含量的组合，通过这些组合的变化，可以产生各种不同的碳化钨粉。例如，碳化钨粉生产商ATI Alldyne公司共生产23种标准牌号的碳化钨粉，而根据用户要求定制的碳化钨粉品种可达标准牌号碳化钨粉的5倍以上。 在将碳化钨粉与金属结合剂一起进行混合碾磨以生产某种牌号硬质合金粉料时，可以采用各种不同的组合方式。最常用的钴含量为3%－25%（重量比），而在需要增强刀具抗腐蚀性的情况下，则需要加入镍和铬。此外，还可以通过添加其他合金成分，进一步改良金属结合剂。例如，在
高温合金材料设计与制备的基础研究
项目名称：高温合金材料设计与制备的基础研究首席科学家：孙晓峰中国科学院金属研究所起止年限：2010年1月-2014年8月 依托部门：中国科学院
一、研究内容 1. 拟解决的关键科学问题 高温合金中通常含有十几种强化元素，合金化程度较高，强化机理复杂，有的强化元素之间还存在较强的交互作用，认识复杂体系中合金化元素的作用机制是高温合金成分优化和发展先进合金的理论基础，但迄今为止，部分元素的作用机制仍不清楚。高温合金中的纯净化冶炼及凝固缺陷控制是改善材料综合性能、提高产品合格率的关键环节，但我国的冶炼水平与欧美等发达国家存在较大差距，对于凝固缺陷的形成机理尚不明确，实际工程中仍然靠经验和反复试制来解决问题，此外，在前期工作中发现现有凝固理论中的枝晶生长机制尚不完善，有待于进一步研究。在热加工方面，粉末冶金与喷射成形为获得均质近终成形大型铸锻件提供了新的短流程、低成本技术途径，然而，对于热加工过程中的塑性变形动力学、原始颗粒边界和夹杂物等缺陷的形成机理和控制方法等方面仍缺乏系统的理论研究工作。抗高温氧化腐蚀防护涂层为高温合金构件的长寿命服役提供了重要的保障，但由于高温防护涂层服役环境的特殊性与防护涂层的多界面特性，使得抗高温腐蚀涂层的防护机理以及陶瓷涂层与金属涂层界面的相容性等科学问题尚没有得到有效的解决。为了保证发动机的安全可靠性，高温合金材料的性能评价方法和基础数据测试是发动机设计选材的重要依据，国内在高温结构材料的使用性能表征方法以及在服役环境下的损伤特征和寿命预测方面开展了一些研究工作，但还没有形成系统的理论体系。针对上述高温合金设计与制备中存在的问题，本项目拟解决的关键科学问题如下： （1）复杂多元先进高温合金成分设计及强韧化机理 溶质原子Co、W、Mo、Re、Ru等及微量元素C、B、Hf等在先进单晶高温合金中的原子占位、偏聚与扩散行为；强化相的晶体结构、析出规律及稳定性对高温合金组织及性能的影响；热-力耦合作用下固相扩散诱发的合金微结构演变动力学；溶质原子间的交互作用；多元强化合金的成分设计、高温度梯度定向凝固组织与性能调控。 （2）高温合金纯净化冶炼及凝固缺陷形成与控制 高温合金纯净化冶炼过程中杂质元素去除热力学和动力学，高温熔体中亚结构的表征及演化动力学；熔体结构及熔体热历史对凝固组织和缺陷的影响规律；多场耦合作用下胞状枝晶生长机制及凝固组织演变过程；多元复杂合金凝固过程动力学模型的建立、多场耦合求解及凝固组织演变“可视化”数值模拟；高温合金缺陷形成机理与控制基础理论。
高温合金制备工艺技术
1 CN02128856.9 一种抗金属灰化的镍基高温合金 2 CN02133773.X 汽轮机汽封用高温合金弹簧及其加工方法和检验装置 3 CN01136127.1 耐高温磨耗辊轮修护用焊接合金材料 4 CN02131317.2 一种兼顾高温蠕变与韧性的Fe-Cr-Ni基铸造合金及其制法 5 CN02155647.4 一种超高碳Cr-Ni-C高温耐磨合金材料 6 CN02155648.2 一种高温耐磨耐蚀Ni-Mo-Si金属硅化物合金材料 7 CN02150476.8 高温合金的电化学分解方法 8 CN01135231.0 抗高温磨粒磨损堆焊合金材料 9 CN02157794.3 电弧炉冶炼镍基高温合金的工艺方法 10 CN02145569.4 耐高温抗氧化贱金属铜银合金组合物及其生产方法 11 CN00816047.3 具有良好耐高温氧化性的耐热合金的制备方法 12 CN02121274.0 一种铬基高温合金 13 CN02128855.0 一种抗金属灰化、炭化铁镍铬基铸造高温合金 14 CN02116369.3 高温镍氢电池用贮氢合金材料及制法 15 CN02129176.4 高温耐磨耐腐蚀Cr-Ni-Si金属硅化物合金材料 16 CN02157165.1 耐高温腐蚀合金、热障涂层材料、涡轮机构件及燃气涡轮机 17 CN01138854.4 一种单晶高温合金定向凝固过程温度场数据自动采集方法 18 CN02100328.9 提高TiAl合金抗高温氧化的铬改性铝化物涂层的制备 19 CN02154585.5 铜基合金及其制造方法以及铜基合金制气化器等的耐高温性部件 20 CN02122933.3 长轴类高温合金大锻件整体锻造工艺 21 CN01810058.9 表面合金化的高温合金 22 CN03131144.X 一种抗金属灰化高强度高温耐蚀合金 23 CN03111619.1 一种耐高温耐磨损高强度合金的制备方法 24 CN96115293.1 一种镍基高温合金锻件和棒材获得均匀超细晶粒的方法 25 CN96123394.X 一种由铁－镍超级高温合金组成的耐高温材料体的制造方法 26 CN96103277.4 耐高温低膨胀锌基耐磨合金 27 CN96106513.3 一种合金钢、特种钢、高温合金管的制造方法 28 CN96107076.5 高强度镍基铸造高温合金 29 CN85102472 高温耐热铁基合金 30 CN85105832 高温合金盐浴渗硼剂及其制备方法 31 CN85103156 提高高温合金锻造质量的一种简单新工艺 32 CN85100649 超高温耐磨铸造镍基合金 33 CN85101950 高碳低合金钢高温形变球化退火工艺 34 CN85102029 镍基高温合金可锻性改进 35 CN86108069 耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料 36 CN88100515 改进选定的铬－钼改良型合金钢高温特性和可焊性的方法 37 CN87101772 电气开关用的高温触点合金 38 CN88104319.2 高温用快速凝固含硅铝基合金 39 CN88100747.1 无稀土高温超导合金及其制备方法 40 CN88100441.3 高温自润滑镍基合金 41 CN89105034.5 一种提高高温合金性能的方法 42 CN89109243.9 供超高温合金用的富集钇的铝化物涂层 43 CN90109970.8 抗氧化的低膨胀高温合金
热镀锌第1节基础知识
第一节热镀锌基础知识 一、热镀锌带钢的性能 热镀锌带钢是锌与冷轧钢板结合的复合材料，其兼有锌层的防腐性能和冷轧钢板的机械性能，可以大幅度提高冷轧钢板的使用寿命，是节能型经济钢材之一，广泛用于建筑、汽车、电器、容器、交通、能源、农业等行业。 除了防腐性能和机械性能的要求外，由于镀锌带钢一般要加工成制品或零件后再使用，因此对镀锌板还有锌层粘附性、焊接性能、涂漆性能、装饰性能等要求。表8-1示出了不同行业对镀锌板的性能要求。 表8-1 不同行业对镀锌板的性能要求 指锌层与带钢的结合强度，通常以钢板的弯曲半径的倍数来衡量，0a为最好。镀锌带钢在使用过程中要经过开卷、剪切、折边或冷弯成形或冲压成形等工序，因此要求镀锌带钢要有足够的锌层附着力，保证在加工过程中锌层不脱落。由于镀锌板的加工变形条件不同，对其锌层附着力也不尽相同，复杂的深冲成形对锌层附着力的要求最高。 1.2镀锌带钢的机械性能 指带钢的强度与韧性，通常以屈服强度、抗拉强度、延伸率、硬度、n值、r值等表示。根据镀锌板的加工变形条件及最终用途，对其机械性能的要求也不尽相同。镀锌板的品种按机械性能可分为CQ、DQ、DDQ、SS、FH、DP、TRIP等。 1.3防腐性能（分短期防腐性能和长期防腐性能）
短期防腐性能指在线采用钝化、涂油、钝化+涂油等表面处理方式，保证镀锌带钢在包装后到用户使用前不发生白锈、黑斑的能力。 长期防腐性指镀锌板在使用过程中不发生红锈的时间，也称镀锌板的使用寿命。 1.4涂漆性能 指镀锌板适应不同涂漆工艺保证涂漆质量的能力。 1.5装饰性能 装饰性能主要指锌花的尺寸和形状，从广义上讲也包括无缺陷的表面质量。 1.6焊接性能 指焊接成功率、焊接电流、电极的打点次数等。 二、带钢热镀锌的工艺方法 自从1836年法国把热镀锌应用于工业以来，已开发了惠林法、森吉米尔法、改良森吉米尔法、美钢联法、赛拉斯法、莎伦法。目前主要以改良森吉米尔法和美钢联法为主。其工艺流程为： （清洗）→明火加热→辐射管加热→保护气冷却（1） 原板准备→镀前处理→ 清洗→辐射管加热→保护气冷却（2） →热浸镀→镀后处理（含冷却→光整→拉矫→钝化→涂油等）→成品检验 (1)为改良森吉米尔法，（2）为美钢联法。 改良森吉米尔法是由森吉米尔法发展而来，其主要特点是，把森吉米尔法中各自独立的氧化炉和还原炉，由一个截面积较小的过道连接起来。与森吉米尔法相比，改良森吉米尔法工艺中，带钢出明火段的氧化膜薄，易还原，锌层粘附性好，还原炉中的氢气含量低，安全性高。 美钢联法是采用全辐射管加热，在炉前有清洗段，优点是表面质量更好，带钢受热更均匀，缺点是炉子热效率低，炉子较长，生产成本与机组投资都较高。 三、镀锌层的防护原理 1、镀锌板的防护原理 镀锌层以覆盖保护和牺牲阳极保护两种方式保护钢基。 覆盖保护指镀锌层覆盖在钢板表面，首先与腐蚀介质接触，在镀锌层被腐蚀掉前，基体钢材不会发生腐蚀失效的保护方式。 牺牲阳极保护是指铁，当锌层钢基同时暴露在腐蚀环境中时，锌与铁可形成原电池，锌由于电极电位（-0.762V）低于铁(-0.439V)而成为原电池中的阳极首先被腐蚀，从而保护了
高温合金材料介绍
MONEL 400 /UNS N04400 The alloy has excellent corrosion resistance in hydrofluoric acid and fluorine gas, and is suitable for pipe fittings and valves etc for chemical industry, petroleum, atomic energy, marine development. 在氢氟酸和氟气中具有优异的耐蚀性，适用于化工、石油、原子能、海洋开发中用的管件、阀件等。 NICKEL 200 ( UNS N02200 / DIN. W.Nr. 2.4060 ) The alloy is from pure commercial (99.6%) nickel, has good mechanical properties and excellent corrosion resistance, high thermal conductivity, low gas content and low vapor pressure. Mainly used in food processing equipment, salt refining equipment, mining and ocean mining. High temperature above 300 DEG C for manufacturing industrial sodium hydroxide required equipment. 是纯商业性（99.6%）造成的镍，具有优良的力学性能和优良的耐腐蚀性，较高的热和电导率，低气体含量和低蒸汽压力。主要应用于食物加工处理设备、食盐提炼设备、采矿和海洋开采。在300℃以上的高温条件下制造工业氢氧化钠所需的设备。 NICKEL 201 ( UNS N02201 / DIN. W.Nr. 2.4060 ) The alloy is a commercially pure nickel with very low carbon content and has been approved for use in a high temperature environment of up to 1230 degrees Celsius. 是含碳量极低的纯商业性镍，已被批准用于服务高达1230℃的高温环境中。 INCONEL 600 ( GB NS312 / UNS N06600 / DIN W.Nr.2.4816 / DIN NiCrl 5Fe / BS NA14 / AFNOR NC23FeA ) The alloy has high corrosion resistance against various corrosive media, also has good anti creep rupture strength. Recommended for the above 700 C working environment, mainly used for corrosive alkali metal production and application, especially the use of sulfide in the environment. 对于各种腐蚀介质都具有耐蚀性，还具有很好的抗蠕变断裂强度。推荐用于700℃以上的工
高温合金成型方法
高温合金成型方法：熔模精密铸造，铸锭冶金（包括挤压、轧制、锻造等）粉末冶金，定向凝固。 高温合金的几种成型方法的工艺路线 粉末冶金 高温合金如TiAl基合金的室温塑性较差，用常规塑性变形的方法加工极为困难。粉末冶金法可以很好的解决这一问题。这种方法以合金或单质粉末为原材料，通常先采用常规塑性加工方法（如模压、冷等静压等）对粉末进行固结成形，在经烧结就可直接获得特定形状的零件，同时实现制件的近终成型，这样就避免了对TiAl基合金的后续加工。同时，相比于铸造合金，采用粉末冶金法所制得的材料组织更为均匀、细小。 目前基于高温合金粉末冶金的具体方法主要有:机械合金化、反应烧结、预合金粉末法、自蔓燃—高温合成、爆炸合成等。这些方法常常两种或多种方法结合在一起使用，难以严格区分。 但是，粉末冶金方法制得的TiAl基合金部通常含有较多的杂质含量（如氧、氮等），并且粉末冶金制得合金组织不致密，内部经常存在孔隙，这些都严重的限制了粉末冶金方法的应用及推广。部分学者采用热锻以及包套挤压方法在一定程度上减少了孔隙率，较大的提高了TiAl基合金的力学性能。在但由于Ti、Al 元素扩散系数差别太大，元素反应扩散距离大，以及柯肯达尔效应的影响，均匀、高致密度的TiAl基合金仍然比较难以获得。因此，在高纯粉末的制备、烧结工艺
的优化、杂质的控制、提高合金的致密度等方面，粉末冶金还有较长的路要走。 铸锭冶金 铸锭冶金是合金熔炼、铸造、锻造和轧制等技术的综合，是目前TiAl 基合金的典型加工工艺。 一般由铸造出来的铸锭，组织都比较粗大，成分由于偏析的存在而不均匀，并且内部也或多或少的存在缩松、缩孔等缺陷。铸锭在进行塑性加工之前，一般要对其进行热等静压，实现对铸锭的均匀化处理。这样可以一定程度上除合金成分的偏析，同时合金铸锭中的微观缩孔或孔洞也能被压实、焊合，这就可以防止铸锭在后续热加工过程中由于微观缩孔与孔洞引起的应力集中或合金的不均匀流变造成的铸锭的变形开裂。对Al>46%(原子)的合金热等静压多选择在1260℃/175MPa 进行。 通过对铸锭的进行热加工，可以破碎粗大的铸态组织，细化晶粒，进一步减小微观缩孔或孔洞的影响，较大幅度的提高TiAl 基合金的力学性能。通常使用的热加工工艺主要有等温锻造、包套锻造、热轧制或热挤压等。 等温锻造区间一般为1065~1175℃，名义应变速率在10-2~10-3/s之间，压缩比为4:1~6:1；在这种工艺条件可保证铸锭有良好的塑性同时又不开裂，所获得的组织中有超过50%的板条组织球化。在锻造过程中增大保压时间、将锻件在锻模内短暂停留或在两步锻造中间进行热处理都可以促进球化。从而细化组织，提高材料的力学性能。 包套锻造可以在锻坯外设置包套，在锻坯与包套材料之间采用隔热材料，使锻件在的一定范围内保持均匀的温度，从而得到细小、均匀的显微组织及良好的锻坯表面质量。包套材料一般采用不锈钢、TC4合金或工业纯钛，目前最好的隔热材料是SiO2纤维网[38]。包套技术与挤压技术结合起来，形成了包套挤压技术，这种技术也能极大程度的优化TiAl 基合金的组织和性能。 目前比较热门的方向是综合利用铸锭冶金的方法，采用轧制的方法制备TiAl 基合金板材，哈尔滨工业大学陈玉勇教授带领的课题组在这方面做了许多功能工作，取得了较大的成果。 离心铸造 离心铸造是指将液态金属浇入旋转的铸型中，使金属液在离心力作用下完成充填和凝固成型的一种铸造方法。为了实现这种工艺过程，必须采用专门的设备—离心铸造机(简称为离心机)，提供使铸型旋转的条件。根据铸型旋转轴在空间位置的不同，常用的离心机分为立式离心铸造机和卧式离心铸造机两种。立式离心铸造的铸型是绕垂直轴旋转的，卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴旋转的。 离心铸造可采用多种的铸型，如金属型、砂型、石膏型、石墨型陶瓷型及熔
硬度的基本知识与各种硬度的详细介绍
硬度的基本知识与各种硬度的详细介绍 中文名称：硬度 英文名称：grade;hardness 硬度的几个定义： 定义1：表示磨粒从结合剂中完全脱离的难易程度。 所属学科： 机械工程（一级学科）；磨料磨具（二级学科）；磨料磨具一般名词（三级学科） 定义2：水沉淀肥皂的能力，大体反映水中钙、镁离子的含量。钙镁浓度的总和称为总硬度，以每升水含碳酸钙的毫克数或毫克当量表示。 所属学科： 生态学（一级学科）；水域生态学（二级学科） 定义3：固体材料对外界物体压陷、刻划等作用的局部抵抗能力，是衡量材料软硬程度的一个指标。 所属学科： 水利科技（一级学科）；工程力学、工程结构、建筑材料（二级学科）；工程力学（水利）（三级学科）
度不同，撞击后的反弹速度也不同。在冲击装置上安装有永磁材料，当冲击体上下运动时，其外围线圈便感应出与速度成正比的电磁信号，再通过电子线路转换成里氏硬度值。 5.肖氏硬度 简称HS。表示材料硬度的一种标准。由英国人肖尔(Albert F.Shore)首先提出。 应用弹性回跳法将撞销从一定高度落到所试材料的表面上而发生回跳。撞销是一只具有尖端的小锥，尖端上常镶有金刚钻。测试数值为1000x撞销返回速度/撞销初始速度（即为碰撞前后的速度比乘以1000） 6.巴氏硬度 巴柯尔(Barcol)硬度(简称巴氏硬度), 最早由美国Barber-Colman公司提出，是近代国际上广泛采用的一种硬度门类，一定形状的硬钢压针，在标准弹簧试验力作用下，压入试样表面，用压针的压入深度确定材料硬度，定义每压入0.0076mm为一个巴氏硬度单位。巴氏硬度单位表示为HBa。 7.努氏硬度 努氏硬度是作为绝对数值而测得的硬度，主要在加工方面使用该数值。一般来说，金刚石的努氏硬度为7000~8000千克/平方毫米 8.韦氏硬度 一定形状的硬钢压针，在标准弹簧试验力作用下压入试样表面，用压针的压入深度确定材料硬度，定义0.01mm的压入深度为一个韦氏硬度单位。韦氏硬度单位表示为HW。 编辑本段钢材的硬度 金属硬度(Hardness)的代号为H。按硬度试验方法的不同， 常规表示有布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、里氏（HL）硬度等，其中以HB及HRC较为常用。 HB应用范围较广，HRC适用于表面高硬度材料，如热处理硬度等。两者区别在于硬度计之测头不同，布氏硬度计之测头为钢球，而洛氏硬度计之测头为金刚石。 HV-适用于显微镜分析。维氏硬度(HV) 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。 HL手提式硬度计，测量方便，利用冲击球头冲击硬度表面后，产生弹跳；利用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度与冲击速度的比值计算硬度，公式：里氏硬度HL=1000×VB（回弹速度）/ VA（冲击速度）。 便携式里氏硬度计用里氏（HL）测量后可以转化为：布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、肖氏（HS）硬度。或用里氏原理直接用布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、里氏（HL）、肖氏（HS）测量硬度值。 其他 1.HRC含意是洛氏硬度C标尺， 2.HRC和HB在生产中的应用都很广泛 3.HRC适用范围HRC 20－－67，相当于HB225－－650 若硬度高于此范围则用洛氏硬度A标尺HRA。 若硬度低于此范围则用洛氏硬度B标尺HRB。 布氏硬度上限值HB650,不能高于此值。 4.洛氏硬度计C标尺之压头为顶角120度的金刚石圆锥，试验载荷为一确定值，中国标准是150公斤力。 布氏硬度计之压头为淬硬钢球（HBS)或硬质合金球（HBW），试验载荷随球直径不同而不同，从3000到31.25公斤力。
Inconel MA956高温合金使用温度
根据铸造合金的使用温度，可以分为以下三类： 第一类：在-253～650℃使用的等轴晶铸造高温合金这类合金在很大的范围温度内具有良好的综合性能，特别是在低温下能保持强度和塑性均不下降。如在航空、航天发动机上用量较大的K4169合金，其650℃拉伸强度为1000MPa、屈服强度850MPa、拉伸塑性15%；650℃，620MPa应力下的持久寿命为200小时。已用于制作航空发动机中的扩压器机匣及航天发动机中各种泵用复杂结构件等。第二类：在650～950℃使用的等轴晶铸造高温合金这类合金在高温下有较高的力学性能及抗热腐蚀性能。例如K419合金，950℃时，拉伸强度大于700MPa、拉伸塑性大于6%；950℃，200小时的持久强度极限大于230MPa。这类合金适于用做航空发动机涡轮叶片、导向叶片及整铸涡轮。 第三类：在950～1100℃使用的定向凝固柱晶和单晶高温合金这类合金在此温度范围内具有优良的综合性能和抗氧化、抗热腐蚀性能。例如DD402单晶合金，1100℃、130MPa的应力下持久寿命大于100小时。这是国内使用温度最高的涡轮叶片材料，适用于制作新型高性能发动机的一级涡轮叶片。 随着精密铸造工艺技术的不断提高，新的特殊工艺也不断出现。细晶铸造技术、定向凝固技术、复杂薄壁结构件的CA技术等都使铸造高温合金水平大大提高，应用范围不断提高。采用雾化高温合金粉末，经热等静压成型或热等静压后再经锻造成型的生产工艺制造出高温合金粉末的产品。采用粉末冶金工艺，由于粉末颗粒细小，冷却速度快，从而成分均匀，无宏观偏析，而且晶粒细小，热加工性能好，金属利用率高，成本低，尤其是合金的屈服强度和疲劳性能有较大的提高。 上海荣昆金属供应Incoloy MA956、MA754、MA758、MA6000等铸造高温合金。 目前已实现商业化生产的主要有三种ODS合金： MA956合金在氧化气氛下使用温度可达1350℃，居高温合金抗氧化、抗碳、硫腐蚀之首位。可用于航空发动机燃烧室内衬。 MA754合金在氧化气氛下使用温度可达1250℃并保持相当高的高温强度、耐中碱玻璃腐蚀。现已用于制作航空发动机导向器蓖齿环和导向叶片。 MA6000合金在1100℃拉伸强度为222MPa、屈服强度为192MPa；1100℃，1000小时持久强度为127MPa，居高温合金之首位，可用于航空发动机叶片。金属间化合物高温材料是近期研究开发的一类有重要应用前景的、轻比重高温材料。十几年来，对金属间化合物的基础性研究、合金设计、工艺流程的开发以及应用研究已经成熟，尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制备加工技术、韧化和强化、力学性能以及应用研究方面取得了令人瞩目的成就。 Ti3Al基合金(TAC-1)，TiAl基合金(TAC-2)以及Ti2AlNb基合金具有低密度(3.8～5.8g/cm3)、高温高强度、高钢度以及优异的抗氧化、抗蠕变等优点，可以使结构件减重35～50%。Ni3Al基合金，MX-246具有很好的耐腐蚀、耐磨损和耐气蚀性能，展示出极好的应用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蚀性能，在中温(小于600℃)有较高强度，成本低，是一种可以部分取代不锈钢的新材料。在民用工业的很多领域，服役的构件材料都处于高温的腐蚀环境中。为满足市场需要，根据材料的使用环境，归类出系列高温合金。
有色冶金基础知识
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文件编号：KG-AO-8587-72 有色冶金基础知识 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 1铸造铝合金 （1）铝合金的性能及应用 铸造铝合金的密度比铸铁和铸钢小，而比强度则较高。因此在承受同样载荷条件下采用铝合金铸件，可以减轻结构的重量，故在航空工业及动力机械和运输机械制造中，铝合金铸件得到广泛的应用。 铝合金有良好的表面光泽，在大气及淡水中具有良好的耐腐蚀性，故在民用器皿制造中，具有广泛的用途。纯铝在硝酸及醋酸等氧化性酸类介质中具有良好的耐蚀性，因而铝铸件在化学工业中也有一定的用途。纯铝及铝合金有良好的导热性能，放在化工生产中使用的热交换装置，以及动力机械上要求具有良好导热性能的零件，如内燃机的汽缸盖和活塞等，也适于用铝合金来制造。
铝合金具有良好的铸造性能。由于熔点较低（纯铝熔点为660.230C，铝合金的浇注温度一般约在730～750oC左右），故能广泛采用金属型及压力铸造等铸造方法，以提高铸件的内在质量，尺寸精度和表面光洁程度以及生产效率。铝合金由于凝固潜热大，在重量相同条件下，铝液的凝固过程时间延续比铸钢和铸铁长得多，放流动性良好，有利于铸造薄壁和结构复杂的铸件。 （2）铸法铝合会的分类、牌号 铝合金按照加工方法的不同分为两大类，即压力加工铝合金和铸造铝合金（分别以YL和ZL表示）。在铸造铝合金中又依主要加入的合金元素的不同而分为四个系列，即铸造铝硅合金、造铝铜合金、铸造铝镁合金和铸造铅锌合金（分别以ZL1X X，ZL2 X X，ZL3 X X和ZL4 X X表示），在每个系列中又按照化学成分及性能的不同而分为若干牌号。表3中列出了铸造铝合金国家标准所包括的几种铝合金的牌号。 表3铸造铝合金的牌号
铝及铝合金的基础知识
铝加工培训教材第1页共30页 第一章铝及铝合金的基础知识 第一节铝及铝合金的性质 在有色金属中，铝是应用最广泛的一类金属。其产量仅次于钢铁。铝的发现，至目前还只有二百多年的历史。但由于它具有资源丰富，生产成本低，用途广泛等特点，因此铝工业在近百年的时间内得到了迅猛的发展，随着科学技术的发展及人民生产水平的提高，铝箔应用也越来越广泛。它已经渗透到了人们的日常生活中。 铝及铝合金的性质，概括起来，主要有以下几个方面： １比重小。含铝量为99.5%的工业纯铝的比重为2.7克/立方厘米,只有铁和铜的三分之一左右。 ２导电性好。铝箔电阻系数（２０℃）为2.67微欧毫米/米，相当于铜导电能力的６０－６５％。但相同体积铝的重量只有铜的三分之一，因此按体积计算，铝的导电能力优于铜。 ３良好的导热性。铝箔导热系数（０－１００℃）为0.54卡/厘米·秒·度,比铁的导热率约大三倍。工业上许多热变换器散热材料，如目前很大的空调器散热片，都是铝及铝合金制成。 ４强度高。铝中加入少量的锰、镁、铜、铁等，具有良好的机械性能。 ５良好的塑性。适合于各种加工，可压成薄板可箔，拉成细丝，磨成细粉和挤压成复杂开头的型材。６良好的抗腐蚀．性能。纯铝在空气中，其表面会迅速跟氧结合，生成一层致密的氧化铝薄膜（ＡＬ２Ｏ３），此层致密的薄膜可以防止里面的铝继续氧化，对铝的内部起到保护作用。 ７反射能力很强。铝箔反射率在８５％以上。 ８铝具有银白色光泽、无毒、保鲜性好、防腐、防温、防干燥、不透气、不透光，因此，铝箔被广泛地用作各种食品、药用、香烟的包装上。 ９焊接性能较差。 第二节铝及铝合金的牌号及状态 铝及铝合金的牌号及状态以往都是采用国内统一的表示方法，即汉语拼音加顺序号，自９６年起，这种表示方法已经停止使用，目前采用的是国际四位数字体系的表示方法。 １合金牌号 合金牌号采用的是四位数字体系表示方法，其中：第一位代表合金的系列，如第一位数字为１，则代表为纯铝系列，第一位数字为２－８，则代表不同系列的铝合金。 具体的合金组别按下列主要合金元素划分: 纯铝: 1×××× Cu 2×××× Mn ３×××× Ｓi 4×××× Mg 5×××× Mg+Si 6×××× Zn 7×××× 其它元素8×××× 备用组9×××× 1××××组表示纯铝，其最后两数字表示最低铝百分含量中小数点后面的两位。牌号的第２位数字表示合金元素或杂质极限含量的控制情况，如果第２位为０，则表示其杂质极限含量无特殊控制，如果是１－９，则表示对一项或一项以上的单个杂质或合金元素极限含量有特殊控制。
高温合金GH4169
常州市天志金属材料有限公司 一、GH4169 概述 GH4169合金是以体心四方的γ"和面心立方的γ′相沉淀强化的镍基高温合金，在-253～700℃温度范围内具有良好的综合性能,650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位,并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能,以及良好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性，能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业中，在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。 该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感，掌握合金中相析出和溶解规律及组织与工艺、性能间的相互关系，可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程，就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。供应的品种有锻件、锻棒、轧棒、冷轧棒、圆饼、环件、板、带、丝、管等。可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等零部件在航空上长期使用。 1.1 GH4169 材料牌号 GH4169(GH169) 1.2 GH4169 相近牌号 Inconel 718(美国),NC19FeNb(法国) 1.3 GH4169 材料的技术标准 GJB 2612-1996 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》 HB 6702-1993 《WZ8系列用GH4169合金棒材》 GJB 3165 《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》 GJB 1952 《航空用高温合金冷轧薄板规范》 GJB 1953《航空发动机转动件用高温合金热轧棒材规范》 GJB 2612 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》 GJB 3317《航空用高温合金热轧板材规范》 GJB 2297 《航空用高温合金冷拔（轧）无缝管规范》 GJB 3020 《航空用高温合金环坯规范》 GJB 3167 《冷镦用高温合金冷拉丝材规范》 GJB 3318 《航空用高温合金冷轧带材规范》 GJB 2611《航空用高温合金冷拉棒材规范》 YB/T5247 《焊接用高温合金冷拉丝》 YB/T5249 《冷镦用高温合金冷拉丝》 YB/T5245 《普通承力件用高温合金热轧和锻制棒材》 GB/T14993《转动部件用高温合金热轧棒材》 GB/T14994 《高温合金冷拉棒材》 GB/T14995 《高温合金热轧板》 GB/T14996 《高温合金冷轧薄板》 GB/T14997 《高温合金锻制圆饼》 GB/T14998 《高温合金坯件毛坏》 GB/T14992 《高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号》 HB 5199《航空用高温合金冷轧薄板》 HB 5198 《航空叶片用变形高温合金棒材》 HB 5189 《航空叶片用变形高温合金棒材》 HB 6072 《WZ8系列用GH4169合金棒材》
硬质合金基础知识
硬质合金基础知识 1概述 1.1 硬质合金定义 硬质合金是由难熔金属硬质化合物和金属粘结剂经过粉末冶金方法而制成的。其中难熔金属化合物有碳化钨（WC）、碳化钛（TiC)、碳化铌(NbC)、碳化钽(TaC)等。粘结金属有铁（Fe)、钴(Co)、镍(Ni)等。 1.2 硬质合金的性能及用途 硬质合金具有熔点高、硬度高、屈服强度高；良好的耐磨性、导热性、抗腐蚀性、抗氧化性等特殊的优良性能，广泛地应用于切削刀具、耐磨零件、模具材料、矿用齿、石油控制件等方面。 1.3 硬质合金的分类 按照硬质合金的用途，可分为： （1）切削工具：用作各种各样的切削工具。如：焊接刀具、数控刀具、整体硬质合金钻头、PCB等。我国切削工具的硬质合金用量约占整个硬质合金产量的1/3。 （2）矿用工具：主要用于冲击凿岩用钎头，地质勘探用钻头，矿山油田用潜孔钻、牙轮钻以及截煤机截齿，建材工业冲击钻等。我国地矿用硬质合金约占硬质合金生产总量的25%。（3）模具：拉丝模、冷镦模、挤压模、冲压模、拉拔模以及轧辊等。用作各类模具的硬质合金约占硬质合金生产总量的8%， （4）结构零件：如压缩机活塞、车床夹头、磨床心轴、轴承轴颈等。 （5）耐磨零件：如喷嘴、导轨、柱塞、球、轮胎防滑钉、铲雪机板等。 （6）耐高压高温用腔体：顶锤、压缸等制品。 （7）其他用途：如表链、表壳、高级箱包的拉链头、硬质合金商标等。 2. 硬质合金生产流程
3 硬质合金性能与应用 硬质合金性能指标： 包括材质检测和外观尺寸检测。 ?密度D—密度是单位体积重量； ?硬度HRA、HV—表征合金抵抗变形和磨损的能力； ?相对磁饱和Ms%—现代硬质合金生产总碳控制是通过合金的磁饱和来实现的； ?矫顽磁力Hc—主要决定于钴层厚度，同时与钴相分布的均匀性和合金的碳含量有 关； ?抗弯强度TRS—表征合金在弯曲负荷的作用下，试样完全断裂时的极限强度。 ?冲击韧性a k—试样破断时的冲击消耗功与所测试样横截面积之比值。固溶度越大， 冲击韧性越大。 ?金相—微观结构特征和缺陷。微观结构特征包括合金相成份、平均晶粒度和粒度组 成，钴层厚度及其分布。缺陷包括孔隙度，夹杂，聚晶、夹粗、混料、钴池、渗碳、脱碳等。 ?尺寸——主要指合金的尺寸以及形位公差。 ?外观——主要指合金的外观颜色、缺口、掉边、凹坑等等。 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！
高温合金简介
高温合金 在600～1200℃高温下能承受一定应力并具有抗氧化或抗腐蚀能力的合金。按基体元素主要可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。按制备工艺可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末冶金高温合金。按强化方式有固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤维强化型等。高温合金主要用于制造航空、舰艇和工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等高温部件;还用于制造航天飞行器、火箭发动机、核反应堆、石油化工设备以及煤的转化等能源转换装置。 发展过程从20世纪30年代后期起，英、德、美等国就开始研究高温合金。第二次世界大战期间，为了满足新型航空发动机的需要，高温合金的研究和使用进入了蓬勃发展时期。40年代初，英国首先在80Ni-20Cr合金中加入少量铝和钛，形成γ┡相以进行强化，研制成第一种具有较高的高温强度的镍基合金。同一时期，美国为了适应活塞式航空发动机用涡轮增压器发展的需要，开始用Vitallium钴基合金制作叶片。此外，美国还研制出Inconel镍基合金，用以制作喷气发动机的燃烧室。以后，冶金学家为进一步提高合金的高温强度，在镍基合金中加入钨、钼、钴等元素，增加铝、钛含量，研制出一系列牌号的合金，如英国的“Nimonic”，美国的“Mar-M”和“IN”等；在钴基合金中,加入镍、钨等元素，发展出多种高温合金，如X-45、HA-188、FSX-414等。由于钴资源缺乏，钴基高温合金发展受到限制。40年代，铁基高温合金也得到了发展，50年代出现A-286和Incoloy901等牌号，但因高温稳定性较差，从60年代以来发展较慢。苏联于1950年前后开始生产“ЭИ”牌号的镍基高温合金，后来生产“ЭП”系列变形高温合金和“ЖС”系列铸造高温合金。中国从1956年开始试制高温合金,逐渐形成“GH”系列的变形高温合金和“K”系列的铸造高温合金。70年代美国还采用新的生产工艺制造出定向结晶叶片和粉末冶金涡轮盘，研制出单晶叶片等高温合金部件，以适应航空发动机涡轮进口温度不断提高的需要。 提高强度的方法高温合金应具有高的蠕变强度和持久强度、良好的抗热疲劳和机械疲劳性能、良好的抗氧化和抗燃气腐蚀性能以及组织稳定，其中以蠕变强度和持久强度最为重要。提高高温合金强度的途径有： 固溶强化加入与基体金属原子尺寸不同的元素(铬、钨、钼等)引起基体金属点阵的畸变,加入能降低合金基体堆垛层错能的元素（如钴）和加入能减缓基体元素扩散速率的元素（钨、钼等），以强化基体。 沉淀强化通过时效处理，从过饱和固溶体中析出第二相（γ┡、γ"、碳化物等），以强化合金。γ┡相与基体相同,均为面心立方结构，点阵常数与基体相近，并与晶体共格,因此γ┡相在基体中能呈细小颗粒状均匀析出,阻碍位错运动,而产生显著的强化作用。γ┡相是A3B型金属间化合物，A代表镍、钴，B代表铝、钛、铌、钽、钒、钨，而铬、钼、铁既可为A又可为B。镍基合金中典型的γ┡相为Ni3(Al,Ti)。γ┡相的强化效应可通过以下途径得到加强：①增加γ┡相的数量；②使γ┡相与基体有适宜的错配度，以获得共格畸变的强化效应；③加入铌、钽等元素增大γ┡相的反相畴界能，以提高其抵抗位错切割的能力； ④加入钴、钨、钼等元素提高γ┡相的强度。γ"相为体心四方结构，其组成为Ni3Nb。因γ"相与基体的错配度较大,能引起较大程度的共格畸变，使合金获得很高的屈服强度。但超过700℃,强化效应便明显降低。钴基高温合金一般不含γ┡相，而用碳化物强化。 晶界强化在高温下，合金的晶界是薄弱环节，加入微量的硼、锆和稀土元素可改善晶界强度。这是因为稀土元素能净化晶界，硼、锆原子能填充晶界空位，降低蠕变过程中晶界扩散速率，抑制晶界碳化物的集聚和促进晶界第二相球化。另外，铸造合金中加适量的铪，也能改善晶界的强度和塑性。还可通过热处理在晶界形成链状分布的碳化物或造成弯曲晶界，提高塑性和强度。 氧化物弥散强化通过粉末冶金方法，在合金中加入高温下仍保持稳定的细小氧化物,呈弥散分布状态,从而获得显著的强化效应。通常加入的氧化物有ThO2和Y2O3等。这些氧化物是通过阻碍位错运动和稳定位错亚结构等因素而使合金得到强化的。 典型牌号70年代典型的综合性能较好的高温合金牌号及其化学成分见表。就高温下持久强度来说，镍基合金最高，钴基合金次之,铁基合金较低（图2）。 制造工艺不含或少含铝、钛的高温合金，一般采用电弧炉或非真空感应炉冶炼。含铝、钛高的高温合金如在大气中熔炼时，元素烧损不易控制，气体和夹杂物进入较多，所以应采用真空冶炼。为了进一步降