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1.2 高温合金
1.2.1 简介
按照目前的理论，760℃高温材料按基体元素主要可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。按照制备工艺可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末冶金高温合金。按照强化方式分类有固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤文强化型等高温合金。在航空领域，高温合金的应用范围较广，高温合金主要用于船舶，涡轮叶片，涡轮盘，光盘高压压缩机和高温的燃烧和其他组件的腔室的工业燃气涡轮机，但也用于航空航天飞行器，火箭发动机，核反应堆，还用来石化厂的生产，煤的转化率和其它能量转换装置[2]。由于中国高温合金领域方面的技术与一些国家差距较大，目前1200℃，1500℃高温材料和耐高温材料发展滞后，还没有被广泛地使用。
1.2.2 分类
超耐热合金典型组织是奥氏体基体，在基体上弥散分布着碳化物、金属间化合物等强化相。高温合金的主要元素有铬、钴、铝、钛、钼、钨等。合金元素能够形成强化相，起着稳定奥氏体基体组织，增加合金的抗氧化和抗腐蚀能力的作用。常用的高温合金有铁基、镍基和钴基3种。
（1） 铁基超耐热合金
铁基高温合金是奥氏体不锈钢发展起来的，含有一定量的铬和镍等元素。它是中等温度（600-800℃）条件下使用的重要材料，具有校核的中温力学性能和良好的热加工塑性，合金成分比较简单，成本较低。主要用于工业用燃气轮机的涡轮盘的生产，也可以制作导向叶片、涡轮叶片、燃烧室等，以及其他承力件、紧固件等，最重要的是在飞机发动机的零部件上应用比较广泛。另一用途是在生产的柴油发动机上的涡轮排气。由于沉淀强化型铁基合金的组织不够稳定并且抗氧化性较差，而且在高温条件下强度比较差，导致了在更高温度的条件下，铁基合金的应用受到了限制。
（2） 钴基超耐热合金
含钴量40%~65%的奥氏体高温合金称为钴基超耐热合金，该合金在730~1100℃的条件下，具有良好的抗热腐蚀和抗氧化能力，在高温的条件下有着较好的强度。由于其特殊的性能，在制作工业燃气轮机、舰船燃气轮机的导向叶片等方面应用范围较广。钴基合金的发展应考虑钴的资源情况。钴是一种重要的战略资源，是研究核武器的重要原料。世界上大多数国家缺钴，以至于钴基合金的发展受到限制，处于停滞不前的状态。
钴基合金一般含镍10%~22%，铬20%~30%以及钨、钼、钽和铌等元素，对合金的固溶强化和碳化物形成具有促进作用。钴基合金一般含碳量很高，是一类以碳化物为主要强化相的高温合金。钴基合金的耐热能力与固溶强化元素和碳化物形成元素含量多少有关[4]。
（3） 镍基超耐热合金
以镍为基体（含量一般大于50%）在650~1000℃范围内具有较的强度和良好的抗氧化性、抗燃气腐蚀能力的高温合金。
在整个高温合金领域中镍基高温合金有着举足轻重的地位，被用来广泛地制造航空喷气发动机（人们称镍基合金是“发动机的心脏”），各种工业燃气轮机的最热端部件，如涡轮部分的工作叶片、导向叶片、涡轮盘、燃烧室等。在整个高温合金领域中，镍基合金是应用最广、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的合金元素，增加了合金的性能但并没有影响其稳定性；二是可以形成共格有序的A3B型金属间化合物γ′-[Ni(Al,Ti)]相作为强化相，能够让合金组织得到有效的强化，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，在高温的情况下合金表面会形成一层致密的氧化铬，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以分为固溶强化合金和沉淀强化合金：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬、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[5]。其中GH4169是常见的Ni基高温合金。
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