鎳基鑄造高溫合金的特點和應用

時間：2022/3/14閱讀：1735

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。

簡介

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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

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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] 。

分類

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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] 。

特點

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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

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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] 。

應用

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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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