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高温合金材料的应用与发展分析

文章出处:上海宝屿 人气:发表时间:2017-04-08 15:29

1、高温合金材料的定义及加工特点:
(1)、高温合金定义:

             高温合金是指以铁、镍、钴为基,能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。并具有较高的高温强度,良好的抗氧化和抗腐蚀性能,良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织,在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。
(2)、高温合金加工特点:
            对于镍合金、钛合金以及钴合金等高温合金来说,耐高温的特性直接提高了加工难度。在加工时的重切削力和产生的高温共同作用下,使刀具产生碎片或变形,进而导致刀具断裂。此外,大多数此类合金都会迅速产生加工硬化现象。工件在加工时产生的硬化表面会导致刀具切削刃在切深处产生缺口,并使工件产生不良应力,破坏加工零件的几何精度。加工钛合金同样面临这些问题。尽管加工钛合金所需的切削力只比钢稍微高一点,但由于钛合金的特殊性能,使加工它比加工同等硬度的钢要困难得多。
(3)、主要有以下几点:
(a)、钛合金和其它高温合金一样,也容易产生加工硬化;
(b)、钛基合金导热能力很低,使加工时产生的所有热量几乎都集中在切削刃上;
(c)、钛合金的弹性模量很小,尤其是在重切削力时,使工件容易受刀具偏移和震动的影响;
(d)、最严重的是钛合金比其它高温合金化学性能都要活泼,这一点使钛合金工件在加工时很容易与刀具发生化学反应,从而导致工件产生缩孔。
2、合金使用范围及选择标准
          在540 ~ 815℃高强度应用场合主要采用析出强化合金。这些合金体系均包含通过镍、铝、钛或铌的析出物(Ni3 Al、Ni3 Ti、Ni3 Nb)以及固溶强化元素(如Mo)加以强化的奥氏体基体。
          当析出物过剩并随温度升高开始溶解时,说明这些合金已达到温度极限。但是,通过增加析出成形元素(Ti、Al、Nb) ,可以提高其耐热性。此外,还必须持续增加镍含量,以形成金属间析出物,并稳定             合金含量更高的奥氏体结构。还可以添加钴元素,降低析出物的溶解倾向。添加钨和钼等难熔元素,可提高高温硬度。所有这些添加元素可改善耐热性能,但亦使合金成本大幅提高。
          选择合金取决于力学性能要求(即强度、蠕变、疲劳)以及最高使用温度
          A - 286合金属于奥氏体析出硬化型高温合金,在最高620℃下可长期工作并具有中等强度。A - 286的名义镍含量为25% ,成本较低。
          按耐热性能的升序排列,其他常用合金有901、718、X750、751、Waspaloy和Pyromet 41与720合金。表1所示为本系列材料逐渐增加的合金含量。
         Pyromet 718合金也许是最通用的高温合金,在675℃具有高强度和抗蠕变性,且这两种特性在 最高760℃下,均达合理水平,其抗疲劳特性极其优越。
         Waspaloy合金主要用于温度超出675℃时和最高温度在760℃时需达至超蠕变的情况。由于它的镍和钴含量更高,故其成本较高。Waspaloy是涡轮部件、锻模紧固件和钢模锻造等的理想之选。
         高温合金的发展已很成熟,根据具体需求发展现有合金,比开发新型合金更为经济。合金生产工艺及控制技术日新月异,为合金性能的发展开辟了新的天地。
3、高温合金分类及其应用
 高温合金又叫热强合金、超级合金。按基体组织材料可分为三类:铁基、镍基和铬基。
(1)、铁基高温合金——此类合金又分为固溶强化合金和时效硬化合金。时效硬化合金包括PyrometA - 286、901、V - 57、CTX - 1、CTX - 909合金和Thermo - Span合金。这些合金均包含铌及(或)钛和铝。经固溶时效硬化处理后,在595~705℃下具备良好的强度与硬度。
(2)、镍基高温合金——此类合金又分为非时效硬化合金和时效硬化合金。含铬量约20%,而镍含量为50%~ 80%。典型的时效硬化合金有:Waspaloy、Pyromet 720、和Pyromet 41、80A、X - 750和751合金,这些合金的适用温度最高为870℃。固溶强化合金( Pyromet 102、680和625合金) 最高工作温度达1 205℃。
(3)、钴基高温合金——此类合金的代表是L - 605。除含有镍、铁、铬和钨外,其钴含量达50%;它属展延性合金,工作温度最高约1 040℃;此类合金还包括MP159和188合金。此类合金尤其适用于需耐硫腐蚀的环境。

此文关键词:高温,合金,材料,的,应用,与,发展,分析,、,