关于镍基合金的发展与应用
来源:迅明
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作者:佚名
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发布时间: 2021-05-24
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镍基高温合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。镍基高温合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。
镍基高温合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。镍基高温合金是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基高温合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti);为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期，苏联于40年代后期，中国于50年代中期也研制出镍基合金。50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基高温合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基高温合金的工作温度从 700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。
镍基高温合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性;二是可以形成共格有序的 A3B型金属间化合物g [Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度;三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等;沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽;晶界强化元素， 如硼、锆、镁和稀土元素等。镍基合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。
镍基高温合金是指以镍为基体(一般大于50%)在650～1100℃温度下具有一定强度和良好抗氧化抗热腐蚀性能的高温合金。镍基合金是高温合金中应用范围最广、牌号最多的一类，根据制备工艺的不同可分为变形镍基高温合金、铸造镍基高温合金和粉末冶金高温合金三大类。
变形高温合金通常是指可以进行热、冷变形加工，工作温度范围在-253～1320℃，具备良好的力学性能和综合的强、韧性指标，具有高抗氧化性和抗腐蚀性的合金。变形高温合金主要作为航天、航空、核能、石油民用工业的结构锻件、饼材、环件、棒材、板材、管材、带材和丝材。
铸造高温合金通常是用铸造方法成型零件的一类高温合金。其主要特点是：1.具有更宽的成分范围。可不必兼顾其变形加工性能，而集中考虑优化其使用性能。可通过调整成分使γ’含量达到60%甚至更高，从而使其在高达合金熔点85%的温度下，仍能保持优良性能。2.具有更广阔的应用领域由于铸造方法具有的特殊优点，可根据零件的使用需要，设计、制造出近终形或无余量的具有任意复杂结构和形状的高温合金铸件。
粉末冶金高温合金采用雾化高温合金粉末，经热等静压成型或热等静压后再经锻造成型的生产工艺制造出高温合金粉末的产品。采用粉末冶金工艺，由于粉末颗粒细小，冷却速度快，从而成分均匀，无宏观偏析，而且晶粒细小，热加工性能好，金属利用率高，成本低，尤其是合金的屈服强度和疲劳性能有较大的提高。粉末冶金高温合金可以满足应力水平较高的发动机的使用要求,是高推重比发动机涡轮盘、压气机盘和涡轮挡板等高温部件的选择材料。
