从强化的机制来看,铁基高温合金可分为:以碳化物强化的高温合金和以金属间化合物强化的高温合金。 1.1.3 钴基高温合金 钴基高温合金的基体为钴,合
从强化的机制来看,铁基高温合金可分为:以碳化物强化的高温合金和以金属间化合物强化的高温合金。
1.1.3 钴基高温合金
钴基高温合金的基体为钴,合金中大约包含60%的钴,为提升高温合金的耐热性能,需要向合金中加入Cr、Ni 等元素[8]。钴基高温合金在730~1100℃条件下具有一定的高温强度、良好的抗热腐蚀和抗氧化能力。适于制作航空喷气发动机、工业燃气轮机、舰船燃气轮机的导向叶片和喷嘴导叶以及柴油机喷嘴等。为了获得更好的耐热性,一般条件下要在制备时添加元素如W、MO、Ti、Al、Co,以保证其优越的抗热抗疲劳性[9]。钴基高温合金具有以下特点:固溶体的高温强度高于镍基高温合金,耐热腐蚀性优于镍基高温合金,使用温度也略高于镍基高温合金,大概在55℃左右。
1.2 镍基高温合金成型方式
通过材料成型方式划分有:铸造高温合金( 包括普通铸造合金、单晶合金、定向合金等) 、变形高温合金、粉末冶金高温合金( 包含普通粉末冶金和氧化物弥散强化高温合金) [9]。
1.2.1 普通铸造镍基高温合金
普通铸造镍基高温合金即以镍为主要成分的铸造高温合金。随着温度和强度的提高,高温合金的合金化程度也越来越高,热加工成形变得越来越困难,所以生产工艺必须采用铸造工艺。镍基铸造高温合金是以γ相为基体,添加Al、Ti、Nb和Ta,形成γ′相(高温合金材料的金属间化合物相)。有的合金中γ′相数量可达60%。钴的加入可以提高γ′相中的溶解温度,从而提高合金的使用温度,钨和铬以及钼具有固溶强化的作用。加入铬、钼和钽也可以形成一系列碳化物,这些碳化物具有强化晶界的作用;铝和铬的加入有助于提高合金的抗氧化能力,但铬降低了γ′相的溶解温度和高温强度。因此,应添加较低的铬含量,通过添加铪可以提高合金的中温塑性和强度,并添加一些元素如硼和锆,以强化晶界。镍基铸造高温合金被用作飞机、船舶、工业和汽车燃气轮机的最关键的高温部件,例如涡轮叶片、导向叶片和整体涡轮。镍基铸造高温合金还存在疲劳性能差、塑性低、组织稳定性差等缺点,由于疏松的存在,性能波动很大。
1.2.2 定向镍基高温合金
定向凝固高温合金是指在精密铸造件制造中使用定向凝固技术铸造的高温合金。所谓定向凝固,就是高温合金熔体在铸型中凝固时,通过一定控制,生成几乎相互平行的柱状晶。如果叶片经过定向凝固,其结晶方向与叶片所受应力平行,那么这时叶片受力或耐温的能力就大大提高。专为生产定向凝固叶片而设计的高温合金,或本身已具有单向结晶结构的合金,称为定向凝固合金[10]。它在[001 ]结晶方向上具有优异的力学性能。通常定向凝固镍基高温合金热处理主要有固溶处理和时效处理构成。定向凝固高温合金在结构复杂的大型叶片以及地面和海上使用的超大型高效率燃气轮机制造方面具有广阔发展前景。
1.2.3 单晶镍基高温合金
单晶高温合金具有很多优良特性,如较高的高温强度、优异的抗蠕变和抗疲劳性、良好的抗氧化性、抗热腐蚀性、微观结构的稳定性和可靠性,在涡轮叶片中得到了广泛的应用。由于定向凝固过程消除了晶界,降低熔点的晶界强化元素在单晶高温合金中大大减少, 单晶高温合金提高了合金的初始熔化温度,可以在较高温度下固溶,也可在较高温度下进行时效处理。其高温强度比等轴晶和定向柱状高温合金大幅度提高。单晶高温合金经过几十年的发展,在合金的设计方法、显微组织与力学性能的关系取得了重要进展,另外也在纯净化工艺和定向凝固工艺等方面得到突破。