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鎳基鑄造高溫合金的特點和應用

時間:2022/3/14閱讀:1831
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鎳基鑄造高溫合金以鎳為主要成分的鑄造高溫合金。隨著使用溫度和強度的提高,高溫合金合金化(見高溫合金強化)程度越來越高,熱加工成形越來越困難,必須采用鑄造工藝進行生產。另外,采用冷卻技術的空心葉片的內部復雜型腔,只能采用精密鑄造工藝才能生產。這樣,鎳基變形高溫合金就轉變為鎳基鑄造高溫合金。
        添加元素鎳基鑄造高溫合金以γ相為基體,添加鋁、鈦、鈮、鉭等形成γ’相(見高溫合金材料的金屬間化合物相)進行強化,γ’相數量較多,有的合金高達60%;加入鈷能提高γ’相的溶解溫度,從而提高了合金的使用溫度;鉬、鎢、鉻具有強化固溶體的作用,鉻、鉬、鉭還能形成一系列對晶界有強化作用的碳化物;鋁和鉻有助于抗氧化能力,但鉻降低γ’相的溶解溫度和高溫強度,因此應使鉻含量低些;加鉿改善合金的中溫塑性和強度;為了強化晶界,添加適量硼、鋯等元素。工業燃氣輪機使用的燃料中含硫、釩較高,長期工作時對合金產生嚴重的熱腐蝕。如果燃氣輪機使用在艦船上,海洋氣氛中的鈉鹽會加速硫化腐蝕。因此,采取適當提高鉻含量和鈦、鋁的比例以及難熔金屬元素的含量,研制出了一系列既能保持高蠕變強度又能增進耐熱腐蝕抗力的合金,如美國的IN738、IN792、Rene’80、MarM432和中國的K4537等。表中列出了一些國家典型的鎳基鑄造高溫合金。     應用鎳基鑄造高溫合金用于飛機、船舶、工業和車輛用燃氣輪機關鍵的高溫部件,如渦輪葉片、導向葉片和整體渦輪等。

鎳基鑄造高溫合金是指以鎳為主要成分的鑄造。隨著使用溫度和強度的提高,高溫合金合金化(見高溫合金強化)程度越來越高,熱加工成形越來越困難,必須采用鑄造工藝進行生產。另外,采用冷卻技術的空心葉片的內部復雜型腔,只能采用精密鑄造工藝才能生產。這樣,就轉變為鎳基鑄造高溫合金 [1]  

添加元素

編輯 播報
鎳基鑄造高溫合金以γ相為基體,添加鋁、鈦、鈮、鉭等形成γ’相(見高溫合金材料的金屬間化合物相)進行強化,γ’相數量較多,有的合金高達60%;加入鈷能提高γ’相的溶解溫度,從而提高了合金的使用溫度;鉬、鎢、鉻具有強化固溶體的作用,鉻、鉬、鉭還能形成一系列對晶界有強化作用的碳化物;鋁和鉻有助于抗氧化能力,但鉻降低γ’相的溶解溫度和高溫強度,因此應使鉻含量低些;加鉿改善合金的中溫塑性和強度;為了強化晶界,添加適量硼、鋯等元素。
工業燃氣輪機使用的燃料中含硫、釩較高,長期工作時對合金產生嚴重的熱腐蝕。如果燃氣輪機使用在艦船上,海洋氣氛中的鈉鹽會加速硫化腐蝕。因此,采取適當提高鉻含量和鈦、鋁的比例以及難熔金屬元素的含量,研制出了一系列既能保持高蠕變強度又能增進耐熱腐蝕抗力的合金,如美國的IN738、IN792、Rene’80、MarM432和中國的K4537等 [2]  
按腐蝕性能分抗熱腐蝕與非抗熱腐蝕合金兩種。前者的鉻含量為12-16% ,后者的鉻含量約9%,廣泛用來制造航空噴氣發動機,各種工業搬氣輪機的最熱端部件,如渦輪葉片、導向葉片、增壓器等 [2]  
在700-1000℃之間,斷裂強度比鈷基和鐵基鑄造高溫合金或鎳基變形合金有明顯*性 [3]  。

缺點及克服方法

編輯 播報
鎳基鑄造高溫合金也存在一些缺點,如疲勞性能稍差、塑性較低、組織穩定性有所下降;由于存在疏松,性能波動較大。為了減輕這些缺點,1968年美國首先研制了高硼低碳鎳基鑄造高溫合金。在鎳基鑄造高溫合金其他元素不變的情況下,僅將硼含量提高10~20倍,碳含量下降到0.01%~0.03%,而使合金的強度和塑性提高、疏松減少,提高了組織長期穩定性等。這類合金已在美國獲得實際應用 [4]  。
鎳基鑄造高溫合金用于飛機、船舶、工業和車輛用燃氣輪機的最關鍵的高溫部件,如渦輪葉片、導向葉片和整體渦輪等 [1] 


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