《粉末高温合金》ppt课件

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1、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。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

2、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、等温锻造、热处理等冶金方法制造成

3、盘件。粉末高温合金解决了传统的铸锻高温合金铸锭偏析严重、热加工性能差、成形困难等问题，具有合金化程度高、晶粒细小、组织均匀、屈服强度高、疲劳性能好等优点，是现代高推重比发动机涡轮盘等关键部件的首选材料[1]。二、粉末高温合金的化学成分和相组成1、粉末高温合金中涉及的化学成分众所周知，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

4、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。（5）碳化物、硼化物强化元素：碳、硼、铬、钨、钼、钒、铌、钽、铪、锆和氮，主要形成初生和次生的各种类型碳化物和硼化物强化合金。（6）晶界和枝晶间强化元素：硼、铈、钇、锆和铪，这些元素以间隙原子或第二相形式强化晶界。2、粉末高温合金中的相高温合金通常采用复杂合金化，加入大量的镍、铬、钨、铂、铌、钽、铝、钒及微量的碳、

5、硼、铪、锆、铅等元素，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，金属间化合物，硼化物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如所谓的TCP相等相。因此对合金组成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

6、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的基础上适当降低碳含量，添加了MC

7、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

8、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