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GH4169時(shí)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(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的一類金屬材料；并具有較高的高溫強(qiáng)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(yīng)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(lái)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(dá)到750~780℃，對(duì)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(gè)高溫合金領(lǐng)域占有特殊重要的地位，它廣泛地用來(lái)制造航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)最熱端部件。若以150MPA-100H持久強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)地高出150℃至250℃左右。所以人們稱鎳合金為發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟。目前，在先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)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(jí)壓氣機(jī)葉片也開始使用鎳合金。與鐵合金相比，鎳合金的優(yōu)點(diǎn)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(yīng)力下工作，尤其是在動(dòng)葉片場(chǎng)合。
  鎳合金具有上述優(yōu)點(diǎn)與其本身的某些卓越性能有關(guān)。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(zhuǎn)變；這對(duì)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(diǎn)。
  鎳具有高的化學(xué)穩(wěn)定性，在500度以下幾乎不發(fā)生氧化，學(xué)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(xué)性能雖不強(qiáng)，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(yīng)用
類別 牌 號(hào) 主要特性 應(yīng)用舉例
1.
固
溶
強(qiáng)
化
型
鐵
基
合
金 GHl015 這類合金含鉻、鎳量相對(duì)較高，含彌散強(qiáng)化相形成元素(V、Al、Ti)量相對(duì)較少。它的熱處理主要形式為“固溶處理”，通過(guò)固溶處理可達(dá)到強(qiáng)化的目的。在零件需要多次冷壓加工時(shí)，為消除加工硬化、恢復(fù)塑性，也要進(jìn)行固溶處理。零件焊接后通常進(jìn)行退火處理以消除內(nèi)應(yīng)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(dá)900％以上；但因含彌散強(qiáng)化相形成元素較少，合金中化合物數(shù)量較少，故室溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)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(lái)制作形狀復(fù)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(dòng)機(jī)的燃燒室 900℃以下的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室、加力燃燒室等零件
GHl016 700～900％的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室、加力燃燒室等零件
GHl035 750～800℃的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的燃燒室、加力燃燒室等零件
2.
時(shí)
效
硬
化
型
鐵
基
△
口
金 GH2018 這類合金鉻、鎳含量相對(duì)較低，故抗氧化的溫度僅約800％，但是含彌散強(qiáng)化相形成元素(v、Al、Ti)量相對(duì)較高，在固溶體基體上可形成化合物強(qiáng)化相，所以常用熱處理形式為固溶處理+時(shí)效。通過(guò)固溶處理，可以使合金固溶強(qiáng)化；通過(guò)時(shí)效處理，可以使合金析出細(xì)小強(qiáng)化相[VC、Ni3Al、Ni3Ti，Ni3(Al?Ti)]，從而提高室溫和高溫強(qiáng)度。固溶并時(shí)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(yīng)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(zhuǎn)子葉片等 800℃以下的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)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?xì)鉁u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?xì)鉁u輪葉片和
700℃～750℃的燃?xì)廨啓C(jī)葉片等材料
3.
固
溶
強(qiáng)
化
型
鎳
基
金 GH3030 特性、用途和相應(yīng)的固溶強(qiáng)化型鐵基合金、時(shí)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(qiáng)性高，最高工作溫度已達(dá)到1050℃左右；但其可切削加工性亦隨之變差。同時(shí)由于它們都含有大量的鎳，不符合我國(guó)資源情況，應(yīng)逐步采用鐵基高溫合金來(lái)代替 800℃以下渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的燃燒室及加力燃燒室等零件
GH3128 800～950℃的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室、加力燃燒室等零件
4.
時(shí)
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?xì)鉁u輪葉片
GH4049 900℃以下的燃?xì)鉁u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(qiáng)材料