鎳基高溫合金的發展及應用

  高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)合金(jin)是(shi)指以鐵(tie)、鎳(nie)、鈷(gu)為(wei)基,能(neng)在(zai)600℃以上的(de)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)及一(yi)定應(ying)力(li)作用下長期工作的(de)一(yi)類金(jin)屬材(cai)料。并具(ju)(ju)有(you)較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的(de)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)強度,良好的(de)抗氧化和抗腐蝕性(xing)能(neng),良好的(de)疲(pi)勞(lao)性(xing)能(neng)、斷裂韌(ren)性(xing)等綜(zong)合性(xing)能(neng)。高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)合金(jin)為(wei)單一(yi)奧氏體(ti)組織,在(zai)各種溫(wen)(wen)度下具(ju)(ju)有(you)良好的(de)組織穩定性(xing)和使用可靠性(xing)。那么,以鎳(nie)為(wei)基體(ti)(含量一(yi)般大(da)于50%) 在(zai)650~1000℃范圍內(nei)具(ju)(ju)有(you)較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的(de)強度和良好的(de)抗氧化、抗燃氣腐蝕能(neng)力(li)的(de)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)合金(jin)稱之(zhi)為(wei)鎳(nie)基高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)合金(jin)(以下簡稱“鎳(nie)基合金(jin)”)。

  鎳(nie)(nie)(nie)基(ji)(ji)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)發展(zhan)包括兩個方面:合(he)金(jin)(jin)(jin)成(cheng)分的(de)(de)(de)改進(jin)和生產工藝的(de)(de)(de)革新。鎳(nie)(nie)(nie)基(ji)(ji)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)合(he)金(jin)(jin)(jin)是30年(nian)(nian)(nian)代(dai)(dai)后期(qi)(qi)(qi)開始研制(zhi)的(de)(de)(de)。英國(guo)于(yu)(yu)1941年(nian)(nian)(nian)首先生產出鎳(nie)(nie)(nie)基(ji)(ji)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)合(he)金(jin)(jin)(jin)Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti);為(wei)了提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)蠕變強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)又添(tian)加鋁,研制(zhi)出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美國(guo)于(yu)(yu)40年(nian)(nian)(nian)代(dai)(dai)中(zhong)期(qi)(qi)(qi),蘇聯(lian)于(yu)(yu)40年(nian)(nian)(nian)代(dai)(dai)后期(qi)(qi)(qi),中(zhong)國(guo)于(yu)(yu)50年(nian)(nian)(nian)代(dai)(dai)中(zhong)期(qi)(qi)(qi)也研制(zhi)出鎳(nie)(nie)(nie)基(ji)(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin)。50年(nian)(nian)(nian)代(dai)(dai)初(chu),真空熔(rong)煉技術(shu)的(de)(de)(de)發展(zhan),為(wei)煉制(zhi)含高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)鋁和鈦的(de)(de)(de)鎳(nie)(nie)(nie)基(ji)(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin)創造(zao)了條件。初(chu)期(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)鎳(nie)(nie)(nie)基(ji)(ji)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)合(he)金(jin)(jin)(jin)大都是變形(xing)合(he)金(jin)(jin)(jin)。50年(nian)(nian)(nian)代(dai)(dai)后期(qi)(qi)(qi),由于(yu)(yu)渦輪葉片工作溫(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)(de)(de)提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao),要求(qiu)合(he)金(jin)(jin)(jin)有更高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du),但(dan)是合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)了,就難以(yi)變形(xing),甚至不(bu)能變形(xing),于(yu)(yu)是采用熔(rong)模精密鑄(zhu)造(zao)工藝,發展(zhan)出一系列具有良好高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)的(de)(de)(de)鑄(zhu)造(zao)合(he)金(jin)(jin)(jin)。60年(nian)(nian)(nian)代(dai)(dai)中(zhong)期(qi)(qi)(qi)發展(zhan)出性能更好的(de)(de)(de)定(ding)向結晶(jing)和單(dan)晶(jing)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)合(he)金(jin)(jin)(jin)以(yi)及粉末冶金(jin)(jin)(jin)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)合(he)金(jin)(jin)(jin)。為(wei)了滿足艦船和工業(ye)燃氣(qi)輪機(ji)的(de)(de)(de)需要,60年(nian)(nian)(nian)代(dai)(dai)以(yi)來還發展(zhan)出一批(pi)抗(kang)熱腐蝕性能較好、組織穩定(ding)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)鉻鎳(nie)(nie)(nie)基(ji)(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin)。在從40年(nian)(nian)(nian)代(dai)(dai)初(chu)到70年(nian)(nian)(nian)代(dai)(dai)末大約40年(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)時間內(nei),鎳(nie)(nie)(nie)基(ji)(ji)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)工作溫(wen)(wen)(wen)度(du)從 700℃提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)到1100℃,平均每年(nian)(nian)(nian)提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)10℃左右。

  鎳(nie)基高(gao)(gao)溫(wen)(wen)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)是(shi)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)中(zhong)應用(yong)(yong)最廣、高(gao)(gao)溫(wen)(wen)強度最高(gao)(gao)的(de)(de)一(yi)(yi)類(lei)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。其主(zhu)要(yao)原因,一(yi)(yi)是(shi)鎳(nie)基合(he)(he)(he)金(jin)(jin)中(zhong)可(ke)以(yi)溶(rong)解較多合(he)(he)(he)金(jin)(jin)元素(su),且能保持較好的(de)(de)組織穩定性;二是(shi)可(ke)以(yi)形成共格(ge)有(you)序的(de)(de) A3B型金(jin)(jin)屬間化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)(he)物g [Ni3(Al,Ti)]相作(zuo)(zuo)(zuo)為強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)相,使合(he)(he)(he)金(jin)(jin)得(de)到有(you)效的(de)(de)強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua),獲得(de)比(bi)鐵(tie)基高(gao)(gao)溫(wen)(wen)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)和(he)(he)鈷(gu)基高(gao)(gao)溫(wen)(wen)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)更高(gao)(gao)的(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)強度;三(san)是(shi)含鉻的(de)(de)鎳(nie)基合(he)(he)(he)金(jin)(jin)具(ju)有(you)比(bi)鐵(tie)基高(gao)(gao)溫(wen)(wen)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)更好的(de)(de)抗(kang)(kang)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)(he)抗(kang)(kang)燃氣腐蝕能力。鎳(nie)基合(he)(he)(he)金(jin)(jin)含有(you)十多種元素(su),其中(zhong)Cr主(zhu)要(yao)起抗(kang)(kang)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)(he)抗(kang)(kang)腐蝕作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong),其他(ta)元素(su)主(zhu)要(yao)起強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。根據它們的(de)(de)強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)方式可(ke)分(fen)為:固(gu)溶(rong)強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)元素(su),如鎢、鉬、鈷(gu)、鉻和(he)(he)釩等(deng);沉淀(dian)強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)元素(su),如鋁(lv)、鈦、鈮和(he)(he)鉭;晶界強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)元素(su), 如硼、鋯、鎂和(he)(he)稀(xi)土元素(su)等(deng)。鎳(nie)基合(he)(he)(he)金(jin)(jin)按強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)方式有(you)固(gu)溶(rong)強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)型合(he)(he)(he)金(jin)(jin)和(he)(he)沉淀(dian)強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)型合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。