镍基高温合金材料的研究进展(GH3536 镍基高温合金热处理工艺)
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镍基高温合金材料的研究进展
镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50%)、在6501000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。
它是在Cr20Ni80合金基础上发展起来的，为了满足1000℃左右高温热强性(高温强度、蠕变抗力、高温疲劳强度)和气体介质中的抗氧化、抗腐蚀的要求，加入了大量的强化元素，如W、Mo、Ti、Al、Nb、Co等，以保证其优越的高温性能。
除具有固溶强化作用，高温合金更依靠Al、Ti等与Ni形成金属间化合物′相(Ni3Al或Ni3Ti等)的析出强化和部分细小稳定MC、M23C6碳化物的晶内弥散强化以及B、Zr、Re等对晶界起净化、强化作用。
添加Cr的目的是进一步提高高温合金抗氧化、抗高温腐蚀性能。
镍基高温合金具有良好的综合性能，目前已被广泛地用于航空航天、汽车、通讯和电子工业部门。
随着对镍基合金潜在性能的发掘，研究人员对其使用性能提出了更高的要求，国内外学者已开拓了针对镍基合金的新加工工艺如等温锻造、挤压变形、包套变形等。
利用快速凝固法也可以实现高温合金晶粒的微细化，从而得到组织超塑性现象。
毛雪平等在500600℃高温条件下对镍基合金C276进行了拉伸力学试验，并分析了温度对弹性模量、屈服应力、断裂强度以及延伸率的影响，发现镍基合金C276在高温下具有屈服流变现象和良好的塑性。
在高温条件下，抗氧化性靠Al2O3和Cr2O3保护膜提供，因此镍基合金必须含有这两种元素之一或两者都有，尤其是当强度不是合金主要要求时，要特别注意合金的抗高温氧化性能和热腐蚀性能，高温合金的氧化性能随合金元素含量的不同而千差万别，尽管高温合金的高温氧化行为很复杂，但通常仍以氧化动力学和氧化膜的组成变化来表征高温合金的抗氧化能力。
赵越等在研究K447在700950℃的恒温氧化行为时发现其氧化动力学符合抛物线规律：在900℃以下为完全抗氧化级，在900950℃为抗氧化级，而且K447氧化膜分为3层，外层是疏松的Cr2O3和TiO2的混合物，并含有少量的NiO及NiCr2O4尖晶石；中间层是Cr2O3；内氧化物层是Al2O3并含有少量TiN，随着温度的升高，表面氧化物的颗粒变大，导致表面层疏松，氧化反应加速进行。
李维银等利用静态增重法研究新型镍基高温合金在950℃的氧化行为时发现，氧化动力学也遵循抛物线规律，在氧化过程中发生了内氧化，氧化膜以Cr2O3为主，并且含有(Co，Ni)Cr2O4、Al2O3及TiO2。
薛茂全在研究含MoS2镍基高温合金在800℃的恒温氧化行为时发现，氧化100h后，由于在合金表面氧化生成Cr2O3和NICr2O4保护膜，氧化过程逐步受到抑制；随着MoS2含量的增加，合金产生的氧化分解和挥发增加，所以MoS2的加入不利于材料的抗氧化性能。
在实际应用中，各种零部件在承受着高温、高应力的作用时，尤其在启动、加速或减速过程中，快速加热或冷却引起的各种瞬间热应力和机械应力叠加在一起，致使其局部区域发生塑性变形而产生疲劳影响零件寿命，故要研究其高温疲劳行为。
何卫锋等在研究激光冲击工艺对GH742镍基高温合金疲劳性能的影响时发现，激光冲击强化能延长镍基高温合金抗拉疲劳寿命316倍以上，延长振动疲劳寿命214倍，强化后残余压应力影响层深度达110mm。
郭晓光等在研究铸造镍基高温合金K435室温旋转弯曲疲劳行为时发现，在应力比R-1，转速为5000r/min(8313Hz)和实验室静态空气介质环境下，K435合金室温旋转弯曲疲劳极限为220MPa，裂纹主要萌生在试样表面或近表面缺陷处，断口主要由裂纹萌生区、裂纹稳态扩展区和瞬间断裂区组成。
黄志伟等在研究铸造镍基高温合金M963的高温低周疲劳行为时发现，由于高温氧化作用在相同的总应变幅下，M963合金在低应变速率下具有较短的寿命；因为该合金的强度高、延性低，形变以弹性为主，M963合金具有较低的塑性应变幅和较低的过渡疲劳寿命。
于慧臣等在研究一种定向凝固镍基高温合金的高温低周疲劳行为时发现，由于合金在不同温度范围内具有不同的微观变形机制，温度对合金的变形有明显影响，在760℃以下合金呈现循环硬化，而在850℃和980℃时则表现为循环软化。
当温度T≥(0.30.5)Tm时，材料在恒定载荷的持续作用下，发生与时间相关的塑性变形。
实际上是因为在高温下原子热运动加剧，使位错从障碍中解放出来从而引起蠕变。
水丽等在对一种镍基单晶合金的拉伸蠕变特征进行分析时发现，在9801020℃、200280MPa条件下蠕变曲线均由初始、稳态及加速蠕变阶段组成；在拉伸蠕变期间′强化相由初始的立方体形态演化为与应力轴垂直的N-型筏形状；初始阶段位错在基体的八面体滑移系中运动；稳态阶段不同柏氏矢量的位错相遇，发生反应形成位错网；蠕变末期，应力集中致使大量位错在位错网破损处切入筏状′相是合金发生蠕变断裂的主要原因。
李楠等在研究热处理对一种镍基单晶高温合金高温蠕变性能的影响时发现，尺寸为0.4m左右、规则排列的立方′相具有较好的高温蠕变性能，而较小的′相和较大的′相均不利于合金在高温下的蠕变性能，二次时效处理对提高合金高温蠕变强度的作用不大，筏形组织的完善程度影响合金高温下的蠕变性能，二次′相不利于提高合金高温蠕变性能。
由于在航空航天发动机中，工作条件是高温6001200℃，应力作用复杂，对材料的要求苛刻；而镍基高温合金具有足够高的耐热强度，良好的塑性，抗高温氧化和燃气腐蚀的能力以及长期组织稳定性，因此镍基高温合金主要应用于制造涡轮发动机热端部件和航空火箭发动机各种高温部件。
在航空涡轮发动机上，镍基高温合金主要应用在燃烧室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘；在航天火箭发动机上，主要应用在涡轮盘，此外还有发动机轴、燃烧室隔板、涡轮进气导管以及喷灌等。
通过添加适量的Al、Ti、Ta，保证′强化相的数量；加入大量的W、Mo、Re等难熔金属元素，也是提高强度的有效途径。
但是为了维持良好的组织稳定性，不析出、等有害相，而在新一代合金中通过加入Ru来提高合金的组织稳定性。
从航空发动机设计的角度考虑，密度大的合金难有作为，特别是对动叶片，在非常大的离心力下是不适合的。
为此，要发展密度小的单晶高温合金，如CMSX-6、RR2000、TMS-61、AM-3、ONERAM-3等，其中的RR2000单晶合金实际上是在IN100(K17)合金基础上发展的，密度为7.87g/cm3。
GH3536 镍基高温合金热处理工艺
GH3536合金是一种含铁量较高的，主要用Cr、Mo进行固溶强化的一种镍基高温合金。
该合金具有良好的抗氧化和耐腐蚀性能，冷、热加工成型性和焊接性能良好。
该合金在国外航空发动机和民用工业中获得了极为广泛的应用，我国主要用于制造燃烧室部件和其他热端部件以及蜂窝结构等。
该合金可以在900℃以下长期使用，短时工作温度可达1080℃，其在高温下长期使用后有一定的时效硬化现象。
该合金在固溶态的组织为奥氏体基体，合金内部主要的碳化物为M6C、M23C6，M主要为Cr、Mo。
高温合金，也称耐热合金[1]，是指以镍、铁、钴为基体，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的，能承受较大复杂应力、并具有表面稳定性的一类金属材料。
高温合金为单一奥氏体基体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用的可靠性，且高温合金的合金化程度高，故在英美称之为超合金（Superalloy）。
高温合金具有较高的高温强度，良好的抗氧化抗腐蚀性能，并且有优异的抗疲劳抗蠕变性，以及良好的断裂韧性、塑性等综合性能，在现代国防建设和国民经济发展中，是不可替代的材料。
为适应GH3536合金焊接特点，应采用尽可能小的线能量，以避免近缝区晶粒粗化，降低焊缝热裂纹倾向。
但由于高温合金溶深浅，而且金属的流动性、润湿性较差，应保证焊缝熔合成形，施予足够的能量。
因此，需正确调整焊接电流、电弧电压及焊接速度等工艺参数，并严格控制其波动范围。
要求焊缝外表面圆滑，无咬边、凹陷、氧化等缺陷。
内焊缝熔透，宽度1．5～2．0mm，高度0．5mm以下，无氧化。
K438铸造高温合金延伸率
材料的技术标准YB/T52481993《铸造高温合金母合金。
物理性能：熔点：1260℃1330℃；密度：8.16g/cm3；膨胀系数：20800℃：15.6╳10-6℃-1；室温硬度（850℃时效）：HBS373。
热处理制度1120C，2h，空冷+850C，24h，空冷。
应用概况与特殊要求该合金已通过国家鉴定，并在几家工厂正式投产，制造了几万片涡轮叶片，投入使用。
航空发动机改为舰用和陆用时，亦选用该合金制作涡轮工作叶片和导向叶片。
零件热处理工艺1120C，2h，空冷850C，24h，空冷。
如果冷却速度缓慢，合金的持久性能将明显下降。
无余量精铸零件热处理过程中应控制热处理气氛，使之不发生表面合金元素贫化、氧化或者晶间腐蚀等现象。
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