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镍基高温合金的发展与应用

作者: 来源: 日期:2019-7-3 14:11:28

       发动机技术的发展与高温合金的发展有关。1929年,美国的Meric、Bedford和Pilling等在80镍-20铬合金中溶入少量的钛和铝,提高了合金的蠕变强度,但这并未引起人们的注意。1937年德国Hansvonohain涡轮气发动机Heinkel问世,两年后,英国也研制出Whittle涡轮喷气发电机。然而,喷气发电机热端部件对材料的高温性能和机械性能都有很高的要求。1939、英国Mond镍公司首先研制成低碳和含钛镍合金nimonic75,准备用作惠特尔发动机涡轮叶片,很快,Nimonic80合金问世,其性能更优越,由于该合金含铝和钛,因而蠕变性能比Nimonic75至少高出50℃。

       镍基高温合金的发展包括两个方而:成分的设计和工艺的革新。40年代初,真空熔炼技术的开始初步运用;在50年代后期,采用熔模铸造工艺,开发了一系列具有良好的高温强度的铸造合金;60年代中期,发展出了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;为了顺应舰船和工业燃气轮机等工作的需要,六十年代,研制出一批抗热腐蚀性、组织稳定的高铬镍基合金。在这四十年中,镍基合金的使用温度从700℃增加到1100℃,平均每年增加约10℃。

       镍基高温合金,特别是镍基单晶高温合金,已广泛应用于先进的燃气轮机叶片和导向叶片。这种合金是由于γ'相的析出得以强化,Ni3Al富镍γ'L12结构相干相位。其优异的力学性能取决于基体中的高体积分数和细分散性,以及在基体中的溶液强化元素(稀土、铬、钼、钨、钼、铬、钼、铬、钼、铬)的含量。因此,对于高温合金组织稳定性是关键问题。γ'相粒子粗化对合金有害。对多晶镍基高温合金,u-700持久寿命,是由约50%的预期寿命由于σ相形成而减少。田等人研究发现,由于的难熔元素的消耗,沉淀的μ阶段会明显降低抗蠕变性能和高温合金的持久寿命。

      采用定向凝固工艺消除所有晶界的合金称为单晶高温合金,单晶高温合金最主要的用途是制作先进航空发动机的涡轮叶片和导向叶片,或空心涡轮叶片和导向叶片与复杂的腔,和整个叶片是一个单一的晶体。DD6单晶合金是镍基单晶高温合金的第二代,具有铸造性能好、耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度、综合性能好。与第一代单晶合金相比,其耐温能力提高约30℃-60℃。广泛应用于发动机涡轮叶片。

      DD6单晶合金与以前的镍基高温合金不同之处在于:DD6单晶合金中添加了能提高单晶寿命和强度的铼元素、钽元素和少量的铪元素。钽可以增大γ/γ'错配度、强化γ'相和提高其高温稳定性;少量的铪、碳和镐元素,可以提高单晶合金小角度晶界的强度,铼元素显著影响单晶合金的持久性能:适量的铼能提高单晶合金的持久寿命;而过量的铼则会降低合金的稳定性,减少合金的持久寿命。


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