镍基高温合金材料研究进展

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1、银基高温合金材料研究进展ITJL11LJ—IarI艸人4高温合金是指以铁、银、钻为基，在高温环境下服役，并能承受严酷的机械应力及具有良好表面稳定性的一类合金［1］。高温合金一般具有高的室温和高温强度、良好的抗氧化件和抗热腐蚀件、优杲的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用的可靠性［2］。因此，高温合金既是航空、航天发动机高温部件的关键材料，又是舰船、能源、石油化丁等T业领域不可缺少的重要材料，已成为衡量一个国家材料发展水平的重要标志Z-—。在整个高温合金领域屮，镰基高温合金占有特殊重要的地位。与铁基和钻基高温合金相比，牒基高温合金具有更高的高温

2、强度和组织稳定性，广泛应用于制作航空喷气发动机和工业燃气轮机的热端部件。现代燃气涡轮发动机有50%以上质量的材料采用高温合金，英屮鎳基高温合金的用量在发动机材料中约占40%o鎳基合金在中、高温度下具有优界综合性能，适合长吋间在高温下工作，能够抗腐蚀和磨蚀，是最复杂的、在高温零部件中应用最广泛的、在所有超合金中许多冶金工作者最感兴趣的合金。银基高温合金主耍用于航空航天领域950-1050°C下工作的结构部件，如航空发动机的工作叶片、涡轮盘、燃烧室等。因此，研究鎳基高温合金对于我国航天航空事业的发展具有重要意义。银基高温合金是以银为基体（含量一般大

3、于50）、在650〜1000°C范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金［2］。它是在Cr20Ni80合金基础上发展起来的，为了满足1000°C左右高温热强性（高温强度、端变抗力、高温疲劳强度）和气体介质小的抗氧化、抗腐蚀的耍求，加入了大量的强化元素，如W、Mo、Ti、Al、Nb、Co等，以保证其优越的高温性能。除具有固溶强化作用，高温合金更依靠Al、Ti等与Ni形成金属问化合物/相（Ni3Al或Ni3Ti等）的析出强化和部分细小稳定MC、M23C6碳化物的晶内弥散强化以及B、Zr、Re等对晶界起净化、强化作用。添加Ci•的

4、目的是进一步提高高温合金抗氧化、抗高温腐蚀性能。镰基高温合金具有良好的综合性能，冃前己被广泛地用于航空航天、汽车、通讯和电子工业部门。随着对鎳基合金潜在性能的发掘，研究人员对其使用性能提出了更高的耍求，国内外学者已开拓了针对谋基合金的新加工工艺如等温锻造、挤压变形、包套变形等。2鎳基高温合金的发展历程鎳基高温合金在整个高温合金领域占有特殊重耍的地位，它的开发和使用始于20世纪30年代末期，是在喷气式飞机的出现对高温合金的性能提出更高要求的背景下发展起來的。英国于1941年首先生产出银基合金Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti),为了提

5、高蠕变强度又添加铝，研制出Ni-monic80(Ni-20Cr-2.5Ti—1.3Al)o美国于40年代屮期，苏联丁SO年代后期，中国于50年代小期也研制出钦基高温合金。银基高温合金的发展包括两个方面：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镰基合金创造了条件；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年代屮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；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、组织稳定的高珞牒基合金。

6、在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，银基合金的工作温度从7()0°C提高到1100°C，平均每年提高10°C左右。银基高温合金的发展趋势如图1所示。110000pWA1422-^^B->LmM247K5^%2铝•GTDII!•。二S域無eUVJM龙丄020097u-710nP39u-500CH37limonic115ni<105^77*^3«cimonicx-750)08oy9晶结形造向品变铸定单700119401950196019701980发展年限.图1银基高温合金的发展趋势银基高温合金的发展趋势是耐高温能力更强的单晶高温合金。单

7、晶高温合金由于其优异的高温力学I生能得到了广泛应用。至今，单晶高温合金已经发展到第四代。使用温度接近合金熔点80-90%的第三代谋基单晶高温合金代表了上个世纪末高温合金发展的最高水平。目前，更加优良的第四代单晶的研制已经取得了初步进展［3］。2000年后出现了第四代单品高温合金，例如MC-NG,EPM-102和TMS・162,它们的特征是都添加了钉元索［4］。一个现代单晶涡轮叶片的成本是等重量的微合金钢的数百倍，不仅反映出构成单品高温合金元素｝向贵重或稀缺，更显示出所用工艺的先进程度。3鎳基高温合金的性能研究(-)力学性能20世纪70年代，B・

8、H.Kean等做持久实验时发现，以挤压比16：1挤压In-100合金，在l()40°C的实验温度下得到1330%的延伸率，并认为这与合金中析出的第二相