【资料】镍基高温合金汇编

• 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。
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
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 • 1941：英国首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni-
20Cr-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
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 造高温合金、粉末冶金高温合金和发散冷却高温合金。
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。
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 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。
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。
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；
• 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 )
镍基高温合金
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。 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（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 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 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。
• 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 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。