1.2.2 镍基高温合金成分和性能
镍基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γ'[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。
镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。
•固溶强化型合金
具有一定的高温强度，良好的抗氧化，抗热腐蚀，抗冷、热疲劳性能，并有良好的塑性和焊接性等，可用于制造工作温度较高、承受应力不大的部件，如燃气轮机的燃烧室。
•沉淀强化型合金
通常综合采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式，因而具有良好的高温蠕变强度、抗疲劳性能、抗氧化和抗热腐蚀性能，可用于制作高温下承受应力较高的部件，如燃气轮机的涡轮叶片、涡轮盘等。
1.2.3 镍基高温合金的组织
镍基合金的显微组织特点及其发展情况，合金中除奥氏体基体外，还有在基体中弥散分布的γ'相，在晶界上的二次碳化物和在凝固时析出的一次碳化物和硼化物等。随着合金化程度的提高，其显微组织的变化有如下趋势：γ'相数量逐渐增多，尺寸逐渐增大，并由球状变成立方体，同一合金中出现尺寸和形态不相同的γ'相。在铸造合金中还出现在凝固过程中形成的γ+γ'共晶，晶界析出不连续的颗粒状碳化物并被γ'相薄膜所包围，组织的这些变化改善了合金的性能。
现代镍基合金的化学成分十分复杂，合金的饱和度很高，因此要求对每个合金元素(尤其是主要强化元素)的含量严加控制，否则会在使用过程中容易析出有害相，如σ、µ相，损害合金的强度和韧性。在镍基铸造高温合金中发展出了定向结晶涡轮叶片和单晶涡轮叶片。
定向结晶叶片消除了对空洞和裂纹敏感的横向晶界，使全部晶界平行于应力轴方向，从而改善了合金的使用性能。单晶叶片消除了全部晶界，不必加入晶界强化元素，使合金的初熔温度相对升高，从而提高了合金的高温强度，并进一步改善了合金的综合性能。
1.3 单晶高温合金简介
1.3.1 单晶高温合金定义及背景介绍
单晶高温合金是先进航空发动机和燃气轮机不能没有的首选涡轮工作叶片材料。由于合金中难熔金属元素W, Mo, Ta，Re, Ru 等种类多，数量大，固溶强化充分，又由于Al，Ti等元素含量高，γ'相数量在60%以上，达到充分沉淀强化效果。所以高温蠕变和持久强度高，承温能力从第一代到第五代，每代可提高25-30℃。
我国单晶高温合金已经发展了第二代和第三代，正在研制第四代。但应用还不普遍，还存在一些急待解决的问题，与世界先进水平相比，还有不小的差距，随着航空发动机的发展，我国单晶合金的研制与生产一定会大有发展，我国从事高温合金研究和开发的科技人员一定能完成这一艰巨而光荣的任务。
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