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GH4169時效硬化型鎳基高溫合金

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應力作用下長期工作的一類金屬材料；并具有較高的高溫強度，良好的抗氧化和抗腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。高溫合金為單一奧氏體組織，在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性，且高溫合金的合金化程度較高，又被稱為“超合金”，是廣泛應用于航空、航天、石油、化工、艦船的一種重要材料。按基體元素來分，高溫合金又分為鐵基、鎳基、鈷基等高溫合金。鐵基高溫合金使用溫度一般只能達到750~780℃，對于在更高溫度下使用的耐熱部件，則采用鎳基和難熔金屬為基的合金。 鎳基高溫合金在整個高溫合金領域占有特殊重要的地位，它廣泛地用來制造航空噴氣發(fā)動機、各種工業(yè)燃氣輪機最熱端部件。若以150MPA-100H持久強度為標準，而目前鎳合金所能承受的最高溫度〉1100℃，而鎳合金約為950℃，鐵基的合金〈850℃,即鎳基合金相應地高出150℃至250℃左右。所以人們稱鎳合金為發(fā)動機的心臟。目前，在先進的發(fā)動機上，鎳合金已占總重量的一半，不僅渦輪葉片及燃燒室，而且渦輪盤甚至后幾級壓氣機葉片也開始使用鎳合金。與鐵合金相比，鎳合金的優(yōu)點是：工作溫度較高，組織穩(wěn)定、有害相少及抗氧化搞腐蝕能力大。與鈷合金相比，鎳合金能在較高溫度與應力下工作，尤其是在動葉片場合。
  鎳合金具有上述優(yōu)點與其本身的某些卓越性能有關。鎳為面心立方體，組織非常
穩(wěn)定，從室溫到高溫不發(fā)生同素異型轉變；這對選作基體材料十分重要。眾所周知，奧氏體組織比鐵素體組織具有一系列的優(yōu)點。
  鎳具有高的化學穩(wěn)定性，在500度以下幾乎不發(fā)生氧化，學溫下也不受溫氣、水及某些鹽類水溶液的作用。鎳在硫酸及鹽酸中溶解很慢，而在硝酸中溶解很快。
  鎳具有很大的合金能力，甚至添加十余種合金元素也不出現(xiàn)有害相，這就為改善鎳的各種性能提供潛在的可能性。
純鎳的力學性能雖不強，但塑性卻極好，尤其是低溫下塑性變化不大。

高溫合金的特性和應用
類別 牌 號 主要特性 應用舉例
1.
固
溶
強
化
型
鐵
基
合
金 GHl015 這類合金含鉻、鎳量相對較高，含彌散強化相形成元素(V、Al、Ti)量相對較少。它的熱處理主要形式為“固溶處理”，通過固溶處理可達到強化的目的。在零件需要多次冷壓加工時，為消除加工硬化、恢復塑性，也要進行固溶處理。零件焊接后通常進行退火處理以消除內應力。由于鉻、鎳含量較高，故這類合金抗氧化溫度較高，一般可達900％以上；但因含彌散強化相形成元素較少，合金中化合物數(shù)量較少，故室溫強度、高溫強度都較低。這類合金固溶處理后的組織為奧氏體，故塑性好，可以冷壓成形；由于含碳量少，故焊接性亦好這類合金主要用來制作形狀復雜、冷壓成型、受力不大，但要求抗氧化能力較高的高溫零件，其中最典型的零件是渦輪發(fā)動機的燃燒室 900℃以下的渦輪發(fā)動機的燃燒室、加力燃燒室等零件
GHl016 700～900％的渦輪發(fā)動機的燃燒室、加力燃燒室等零件
GHl035 750～800℃的渦輪發(fā)動機的燃燒室和加力燃燒室
GHl040 800℃以下的燃燒室、加力燃燒室和700~C以下的渦輪盤、軸及葉片材料
GH1131 900℃以下的渦輪發(fā)動機的燃燒室、加力燃燒室和其他高溫部件
GH1140 800～900℃的渦輪發(fā)動機的燃燒室、加力燃燒室等零件
2.
時
效
硬
化
型
鐵
基
△
口
金 GH2018 這類合金鉻、鎳含量相對較低，故抗氧化的溫度僅約800％，但是含彌散強化相形成元素(v、Al、Ti)量相對較高，在固溶體基體上可形成化合物強化相，所以常用熱處理形式為固溶處理+時效。通過固溶處理，可以使合金固溶強化；通過時效處理，可以使合金析出細小強化相[VC、Ni3Al、Ni3Ti，Ni3(Al?Ti)]，從而提高室溫和高溫強度。固溶并時效處理后的組織為奧氏體+彌散化合物。例如GH2132的化合物量為2.5％、GH2135的化合物量為14％這類合金通常應用于高溫下受力的零件，如渦輪盤、螺栓和工作溫度不高的轉子葉片等 800℃以下的渦輪發(fā)動機的燃燒室、加力燃燒室和其他高溫部件
GH2036
GH2038 650℃以下的渦輪盤、環(huán)形件和緊固件
700℃以下的渦輪盤、軸和葉片
GH2130 800℃以下的增壓渦輪和燃氣渦輪葉片材料
GH2132 650～700℃的渦輪盤、環(huán)形件、沖壓焊接件和緊固零件材料
GH2135 700～750℃的渦輪盤、工作葉片和其他高溫部件
GH2136 650～700℃的渦輪盤材料
GH2302 800～850℃的燃氣渦輪葉片和
700℃～750℃的燃氣輪機葉片等材料
3.
固
溶
強
化
型
鎳
基
金 GH3030 特性、用途和相應的固溶強化型鐵基合金、時效硬化型鐵基合金基本相同。不同之處在于基體的差別。鐵基高溫合金的基體金屬是鐵(含鐵量約50％左右)，含鉻量約10％。23％、含鎳量約7％一40％；而鎳基高溫合金的基體金屬是鎳，鎳含量大于50％ 由于鎳含量的提高，故鎳基高溫合金比鐵基高溫合金的熱強性高，最高工作溫度已達到1050℃左右；但其可切削加工性亦隨之變差。同時由于它們都含有大量的鎳，不符合我國資源情況，應逐步采用鐵基高溫合金來代替 800℃以下渦輪發(fā)動機的燃燒室、加力燃燒室等零件，可用GHll40代
GH3039 800～850℃的火焰筒及加力燃燒室等零件
GH3044 850～900℃的航空發(fā)動機的燃燒室及加力燃燒室等零件
GH3128 800～950℃的渦輪發(fā)動機的燃燒室、加力燃燒室等零件
4.
時
效
硬
化
型
鎳
基
合
金 GH4033 700℃以下的渦輪葉片和750℃以
下的渦輪盤等材料
GH4037 800～850℃的渦輪葉片材料
GH4043 800～850℃的排氣門座后卡圈零件和燃氣渦輪葉片
GH4049 900℃以下的燃氣渦輪工作葉片及其他受力較大的高溫部件
GH4133 700～750℃的渦輪盤或葉片
GH4169 350～750℃的抗氧化熱強材料