【文章內(nèi)容簡介】 、 多元共滲等 2/1/2022 12:21 PM Chapter7, Materials Chemistry 31 超耐熱合金定義 ? 能在 700～ 1200℃ 高溫下仍能長時間保持所需力學性能，具抗氧化、抗腐蝕能力，且能滿意工作的金屬材料通稱超耐熱合金。 ? 對 高溫材料的要求 – 在高溫下有優(yōu)良的抗腐蝕性 – 在高溫下有較高的強度和韌性 2/1/2022 12:21 PM Chapter7, Materials Chemistry 32 超耐熱合金 2/1/2022 12:21 PM Chapter7, Materials Chemistry 33 Example 航空燃汽輪機中使用的高溫合金示意圖 1—— 壓氣機葉片 2—— 燃燒室 3—— 渦輪盤 4—— 渦輪葉片 ?主要部件占發(fā)動機重量 70％由超耐熱合金構成 ?燃燒室、渦輪盤和渦輪葉片用耐高溫的 NiCo基合金制造 ?高壓氧渦輪泵和高壓氫渦輪泵上的葉片，都是高 CrCoW基耐高溫合金，通過定向凝固精密鑄造制成 Metals with high melting point ? 原子中未成對的價電子數(shù)很多 ——強化學鍵； ? 原子半徑較小 ——晶格結點上粒子間的距離短，相互作用力大。 2/1/2022 12:21 PM Chapter7, Materials Chemistry 34 耐熱合金 Ⅴ － Ⅶ 副族元素 和第 Ⅷ 族元素形成的合金 高熔點金屬 第 Ⅴ 副族、第 Ⅵ 副族、第 Ⅶ 副族 2/1/2022 12:21 PM Chapter7, Materials Chemistry 2022 35 Periodic table ? 鐵基超耐熱合金 – 基于奧氏體不銹鋼 – 中溫（ 600～ 800℃ ）條件下使用 ? 鎳基超耐熱合金 – 鎳含量一般 50% – 在 650～ 1000℃ 范圍內(nèi)具有較高的強度和良好的抗氧化、抗燃氣腐蝕能力 ? 鈷基超耐熱合金 – 含鈷量 40～ 65％的奧氏體高溫合金 – 在 730～ 1100℃ 下 ，具有一定的高溫強度、良好的抗熱腐蝕和抗氧化能力。 2/1/2022 12:21 PM Chapter7, Materials Chemistry 36 超耐熱合金的分類 2/1/2022 12:21 PM Chapter7, Materials Chemistry 37 改變合金的組織結構 采用特種工藝技術 提高超耐熱合金性能的途徑 2/1/2022 12:21 PM Chapter7, Materials Chemistry 38 (1) 在鋼中加入對氧的親和力比鐵強的 Cr、 Si、 Al等，可以優(yōu)先形成穩(wěn)定、致密的 Cr2O Al2O3或SiO2等氧化物保護膜，成為提高耐熱鋼高溫抗腐蝕的主要措施。 合金結構 為了增強金屬材料的耐高溫蠕變性能，可以加入一些旨在提高其再結晶溫度的合金元素，例如高熔點的合金元素 W、 Mo、 V等。 鋼的組織狀態(tài)對其抗熱性也有影響，奧氏體組織的鋼比鐵素體組織的鋼耐熱性高。 Ni、 Mn、 N的加入能擴大和穩(wěn)定奧氏體面心立方結構 2/1/2022 12:21 PM Chapter7, Materials Chemistry 39 (2) 工藝技術 定向凝固 葉片旋轉時，所受的拉力和熱應力，平行于葉片縱軸，定向凝固工藝形成沿縱軸方向的柱狀晶粒，消除垂直于應力方向的晶界，從而可以使得熱疲勞壽命提高 10倍以上。 粉末冶金 采用粒度數(shù)十至數(shù)百微米的合金粉末，經(jīng)過壓制、燒結、成型工序制成零件，可以消除偏析現(xiàn)象，組織成分均勻并可以大大節(jié)省材料 2/1/2022 12:21 PM Chapter7, Materials Chemistry 40 超低溫對材料的特殊要求 常溫以下直至絕對零度的較大溫度范圍 低溫 沸點 天然氣： 163℃ 液 氮： ℃ 液 氫： 253℃ 液 氦： 269℃ 超低溫合金 ? 防止低溫脆性 – 鐵素體鋼呈體心立方結構，在溫度達到 200oC左右，就會出現(xiàn)韌性 脆性轉變。 – 添加 13％的鎳，可以使其過渡溫度下降至液氦溫度，即在液氦溫度以上不會出現(xiàn)低溫脆性。 – 另一種方法是采用面心立方結構的金屬，例如鋁合金、奧氏體系不銹鋼等。 2/1/2022 12:21 PM 41 ? 需要具備低溫下的熱性能 – 低溫合金膨脹系數(shù)盡可能小 – 低膨脹合金：鐵鎳合金、鈦合金等 ? 必須是非磁性合金 – 超低溫技術多在磁場下利用 – 帶有磁性的合金，在構件中就會由于產(chǎn)生電磁力的作用而造成對磁場的不良影響 2/1/2022 12:21 PM 42 超低溫合金的研究 ? 高錳奧氏體鋼 —— 專門開發(fā)的超低溫合金。 – 即使在液氦溫度下也具有良好的強度和延伸率 – 熱膨脹系數(shù)特別小 – 缺點：機械加工性不佳，耐沖擊性也較差。 ? 鐵錳鋁新合金鋼 —— 把鐵鎳鉻不銹鋼中的鎳和鉻分別由錳和鋁代而制得 – 保持面心立方結構 – 添加多量的鋁可增加奧氏體的強度和耐腐蝕性 – 低溫下強度、韌性都十分優(yōu)異。 2/1/2022 12:21 PM 43 超塑性合金 Superplastic alloy 超塑性合金現(xiàn)象 2/1/2022 12:21 PM 44 金屬在某一小的應力狀態(tài)下，可以延伸十倍甚至是上百倍，既不出現(xiàn)縮頸，也不發(fā)生斷裂，呈現(xiàn)一種異常的延伸現(xiàn)象。 2/1/2022 12:21 PM 45 超塑性現(xiàn)象 ? 產(chǎn)生超細化晶粒； ? 適宜的溫度和應變速率。 產(chǎn)生超塑性的條件 晶粒的超細化、等軸化以及穩(wěn)定化 可通過合金化，控制凝固過程、 熱處理、形變熱處理、粉末冶金、 機械加工等方法來實現(xiàn)。 超塑性合金類別 ? 結構類別： – 細晶超塑性 – 相變超塑性 ? 合金種類： – 鋅基合金：巨大的無頸縮延伸率；低蠕變強度，沖壓加工性能差 – 鋁基合金：綜合力學性能較差，室溫脆性大 – 鎳基合金 – 超塑性鋼 – 鈦基合金 2/1/2022 12:21 PM 46 1. 高變形能力的應用 – 真空成型或氣壓成型 – 可以在密封模具內(nèi)擠壓或鍛造，可以得到相當高的加工精度，并能大