镍基高温合金的技术进展VIP专享VIP免费

镍基高温合金的技术进展镍基高温合金的工作温度一般是800～1000℃，其化学性质良好，尤其是具有高温抗氧化和抗腐蚀性，另外还有良好的抗疲劳性。镍基高温合金应用领域也比较广泛，其中主要是在航空航天领域和国防领域应用，例如航空发动机、导弹等。这些领域的应用都对镍基高温合金的纯净度要求较高，在加工和生产镍基合金的过程中极易产生杂质，影响材料的纯净度，进而可能影响材料的抗腐蚀性能，同时大大降低了相关部件的使用寿命，对其适用范围也造成了一定的限制。一、镍基高温合金的发展历程镍基高温合金无疑是高温合金领域中重要的一部分，这主要是基于其良好的特性。镍基高温合金在20世纪40年代初期被发现并研究成功，当时是在喷气式飞机对合金性能提出了更高要求的情况下而进行研制的。1945年，英国成为第1个生产出镍基合金Nimomic75（Ni22Cr-1.5Ti）的国家，之后英国根据发展需要提高镍基高温合金蠕变强度，在原有基础上添加适量的铝元素，进而研制出新型的镍基合金Nimomic84（Ni22Cr-4.5Ti）。在之后的一段时间里，美国和苏联相继研制成功类似合金，我国在20世纪50年代相继研制出几种类似功能的合金。从镍基高温合金的发展历程可以看出，其主要有2个发展方向：第一是对镍基合金元素构成的重新组合，使其更好地发挥出性能；第二是镍基高温合金生产工艺的革新，不断利用最新技术和设备对其进行研制。在20世纪50年代时期，科学家经过不断的研制，发现了真空熔炼技术，这一技术的诞生和发展为镍基高温合金的发展创造了技术上的条件；20世纪60年代，发达国家研制出的熔模精密铸造工艺，制造了一大批具有良好高温强度的铸造合金；之后的几年内，相继制造出了性能更好、更稳定的单晶高温合金，甚至在这段时间里还研制出了粉末冶金高温合金；而航空航天技术的发展，对高温合金提出了更高要求（抗热腐蚀性能较好和组织稳定）[3-4]。在从20世纪50年代初到90年代末的40年时间内，随着镍基高温合金的发展，其工作温度不断得以提高，从而进一步提高了它的适用范围。二、镍基高温合金的强化机理及组织特点镍基合金是高温合金中应用范围最为广泛的一种合金，同时也是同类中高温性能最好的一种合金，尤其是在同等高温条件下的性能远高于其他合金。其主要的化学性能有以下几点：第一，镍基合金中可以溶解多种的合金元素，这就对其性能的改善甚至增强起到了很大的帮助，另外镍基合金还有较强的组织稳定性，在特殊环境下应用效果良好；第二，镍基合金具有较强的抗氧化和抗腐蚀能力，尤其是含铬的合金其性能更是强于其他类型，例如铁基高温合金。1.固溶强化对镍基高温合金性能强化的主要手段是添加适量的固溶强化元素，利用这些元素自身的特性改造高温合金性能。固溶强化型合金有着优良的抗氧化和抗疲劳性能，最突出的优点是组织稳定性，同时还有较好的可塑性。基于这些特性，镍基高温合金可用于生产工作温度较高的金属零部件，如发动机的扇叶。镍的原子半徑和钨、钼等合金元素的原子半径基本一致，基于这些特性，可使镍同时溶解大量的钨、钼和钴等合金元素，却不会出现新的相。根据目前的研究表明：常见金属的一般固溶温度范围可以明显界定，一般在1050～1560℃之间。美国曾经研制出一种性能优良的固溶强化型合金——镍基变形高温合金Haynes280，这种合金不仅具有较强的工作温度，同时在1400℃的高温时，其强度可达165MPa、延伸率可达87%。这主要是因为在合金中加入了难熔金属元素，例如钨和铬等元素；同时为了阻碍晶粒的发展和强化晶界，在研制过程中添加少量的碳元素以形成碳化物达到强化的目的。目前，国内生产的类似合金在1400℃的高温强度条件下其强度仅为85MPa左右，与国外相比存在一定的差距。2.沉淀强化现阶段，各国提高镍基高温合金的强度和硬度的方式基本一致，对镍基高温合金添加一定量的沉淀强化元素可以使合金在时效时析出γNi5（Al，Ti））相，大大提高了金属的强度，同时也会极大促进高温合金硬化的工作。在添加少量金属元素之后析出的细小弥散可以有效地阻止晶粒的生长。此外，通过添加一定量的稀土可以极大的改善抗氧化腐蚀的性能。为了追求良好的高温蠕变强度、抗氧化和抗...