高温合金简述全解.ppt(K444铸造镍基高温合金的高温氧化行为)
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高温合金简述全解.ppt
镍基高温合金1.高温合金简介高温合金是指能在600℃-1200℃高温下仍能保持设计要求正常工作的金属材料，它在高温下具有抗氧化、抗腐蚀、抗蠕变和良好的疲劳特性。
高温合金特点：耐高温具有较高的强度具有良好的疲劳性质具有较高的断裂韧度具有良好的组织稳定性具有较强的抗氧化抗热腐蚀性能具有可靠的使用性能高温合金分类：变形高温合金按制造工艺铸造高温合金粉末冶金铁基高温合金按合金主要元素镍基高温合金钴基高温合金固溶强化按强化方式时效强化氧化物弥散强化晶界强化镍基高温合金优点：成本低，可用于一些使用温度较低的航空航天发动机和工业燃气机的涡轮盘、导向叶片，以及一些承力件和紧固件。
缺点：组织不够稳定；抗氧化性差；工作温度较低铁基高温合金优点：可溶解较多的元素，具有良好的组织稳定性、高温强度和抗腐蚀性，工作温度较高。
缺点：疲劳性能稍差，塑性较低钴基高温合金优点：较高温度下仍具有高强度和抗热疲劳性能缺点：中低温工作性能不如前两种高温合金2.镍基高温合金图2.1为20世纪40年代后的镍基高温合金及其工艺的发展过程[1]。
Fig.2.1DevelopmentofNi-basesuperalloys镍基高温合金的基本组织类型有：奥氏体基体（高度合金化固溶体）；弥散分布于基体中的碳化物或金属间化合物相，如′相[Ni3（Al,Ti）]和"相（NiNb，NiTa）；或高熔点稳定化合物质点（由粉末冶金或机械合金化方法制得）[2]。
图2.2为GH4169的金相显微组织结构图。
Fig.2.2MicrostructureofsuperalloyGH4169镍元素具有独特的原子结构和稳定的晶体结构，其晶体结构从室温至熔点的温度区间内始终保持面心立方结构不变，同时，许多合金元素都可以固溶到镍基材料中进行充分的合金化，因此镍具有作为高温合金基体元素的优越属性，同时镍基高温合金中可以析出L12结构′相，这是镍基高温合金中最有效的强化方式，使得镍基高温合金具有优良的综合性能。
在整个高温合金领域中，镍基高温合金占有重要的地位。
与铁基和钴基高温合金相比，镍基高温合金具有更高的高温强度和组织稳定性，被广泛应用于航空发动机和工业燃气轮机的热端部件材料。
在目前的先进发动机上，镍基高温合金的使用量已占发动机总重量的一半以上[3]。
镍基高温合金的可加工性取决于决定合金耐热强度的化学元素。
组成镍基合金基体成分之一的镍，并不影响可加工性。
镍基高温合金中的硼和铈起强化晶界的作用，带来了加工性的变坏。
钛和铝会和镍元素形成金属'相－Ni3（Al、Ti），钛和铝的含量增加导致'强化相的增加，合金中金属间'相的增加提高了合金塑性变形时的抗剪切强度及金属加工过程中的切削温度。
此外，合金中'相的增加也增加了粘附抗剪切强度和合金的抗磨蚀作用[4]，从而降低了镍基高温合金的切削性能。
3.单晶高温合金普通铸造多晶高温合金中和应力轴垂直的晶界是高温变形的薄弱环节，裂纹极易在此萌生并成为裂纹扩展的通道。
如果晶界与应力主轴方向平行，高温下作用在晶界上的应力将会最小，从而抑制裂纹形核增加蠕变持久寿命。
在这种思路下，逐渐研究出具有优异的中、高温蠕变持久强度和塑性，而且具有优异热疲劳性能的单晶高温合金。
单晶高温合金的高强度是多种强化机制和多种元素共同作用的结果。
单晶高温合金的成分特点：C,B,Hf从“完全去除”转为“限量使用”。
微量(0.1%)的Hf可以提高涂层寿命和抗氧化/腐蚀性能。
C元素具有净化合金溶液，对抗腐蚀性能也有好处。
难熔元素(Ta,Re,W,Mo)的加入总量增加Ta增加/'错配度、强化'相和提高其高温稳定性。
Ta元素的加入使的合金的坏境性能、涂层性能、铸造性能和组织稳定性都得到改善[5]Re在基体中形成Re原子团，阻碍位错运动，降低合金元素扩散速率，阻止'相粗化，并提高/'错配度。
Cr含量降低Cr元素对合金的抗热腐蚀性能具有非常重要的影响；Cr含量降低，就允许加入更多其它的有助于提高合金性能的元素，而且仍能保持组织的稳定，对合金性能的提高极为有利。
Co的作用固溶强化和增加'相数量，同时改善合金的塑形以及热。
K444铸造镍基高温合金的高温氧化行为
在工程应用过程中，高温下使用的金属材料最基本的要求是合金要具有优异的高温力学功能及足够好的抗高温腐蚀功能.国内外许多学者的研讨表明，高温合金的抗氧化功能依赖于其表面形成一层成长缓慢又能保持完好的氧化膜。
高温合金在工作过程中，由于基体与氧化膜的膨胀系数不同、氧化膜的厚度不均匀或内应力过大。
试验所用资料为K444镣基铸造高温合金，其化学成分为：e(C)0.085%；切(Cr)15.28%;w(Co)10.48%;w(W)5.13%;w(Mo)2.08%;w(Al)3.10%;緋(Ti)4.40%；w(Nb)0.19%；w(Hf)0.31%；w(Ni)为余量.将处理好的K444合金线切割成30mmx10mmxl.5mm的标准试样,在试样端部线切割加工成一个直径为1mm的悬挂孔.样品经800和1000金相砂纸打磨，无水乙醇清洗后备用。
恒温氧化试验依据GB/T13303《钢的抗氧化功能测验方法进行，釆用石英专用挂具将样品悬挂于到达试验温度的电炉内，选用3个样品进行平行试验.试验前后丈量样品的几许尺寸和质量，核算样品的表面积.氧化试验在高温电炉(控温精度在5C)中进行，试验气氛为空气，试验温度分别为800、850累积氧化时刻100I】，用精度为0.01mg电子夭平丈量样品质量变化，试验值为3个样品的平均值。
使用PhilipsPW3710X舟j线衍射仪剖析高温氧化样品外表氧化膜相结构，其衍射条件为Cu、衍射，衍射束镣滤光器单色化，电压为40kv,电流为35mA，扫描速度为1.5。
illqnnN刑厶1描由倦乃紺谱何剖析W住瞞志样品外表氧化膜的导电性，样品外表选用喷紺处理.为防止高温氧化样品在制备截面样品时外表氧化膜在磨制过程中脱落，样品在制样镶嵌前经化学镀镣处理，其镀裸层厚度约为1。
将K444合金2个温度下氧化增重的平方与氧化时刻作图，可获得合金在800.850无2个实验温度下的氧化动力学平方曲絞(见图2).由图2可见,2个温度下合金統化动力学平方曲线为具有转折点的2条直线，其转折点均为20h,说明在本实验条件下K444合金氧化动力学遵从抛物线规则，且氧化区间内存在2个抛物线速率常数，表明在该实验温度下不同的氣化阶段氧化膜形成机制发生了转变。
由式（1）可得出转折点前后的抛物线速率常数.表1为K444合金高温氧化动力学氧化速率常数由表1能够看出，随者氧化时刻的延长,合金抗氧化才能均有所下降.数据剖析显现，在恒定100h蝕化时刻条件下，K444合金随氣化温度的增加，其抗氧化才能有所下降，说明高温合金使用温度的进步对合金的抗氧化才能有明显的影响.从2个实验温度氧化动力学抛物线转折前后的速率常数差能够看出，在实验温度范围内，K444合金抗氧化才能未随温度的升高而产生显著的变化,合金均属于完全抗氧化级。
图4为K444合金恒温氧化100h后轼化膜外表组织形貌及其平均成分合金在2个试验温度下构成的氧化膜外表相对细密平整。
高温合金镍铬合金管
坡莫合金1J85440C不锈钢铁镍合金1J50膨胀合金KOVAR镁合金AZ31BAZ91D因瓦合金INVAR36铍铜,铬铜,磷铜镍铁合金FENI42耐蚀合金MONEL400耐热不锈钢精密合金4J294J36incoloy合金825inconel合金718625哈氏合金C276膨胀合金软磁合金1J791J117合金钢弹性合金3J21ELGILOY镍铬合金CR20NI80软磁合金1J85。
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