高温合金特性及应用领域-高温合金概述

大家好，今天小编关注到一个比较有意思的话题，就是关于高温合金特性及应用领域的问题，于是小编就整理了1个相关介绍高温合金特性及应用领域的解答，让我们一起看看吧。

高温合金包括哪一类？

1、高温合金包括哪一类？

高温合金主要分类又被称为“超合金”

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料；并具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。

基于上述性能特点，且高温合金的合金化程度较高，又被称为“超合金”，是广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船的一种重要材料。按基体元素来分，高温合金又分为铁基、镍基、钴基等高温合金。铁基高温合金使用温度一般只能达到750~780℃，对于在更高温度下使用的耐热部件，则采用镍基和难熔金属为基的合金。镍基高温合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位，它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件。

高温合金主要分类又被称为“超合金”

上海钢泽合金集团有限公司

高温合金定义

高温合金特性

高温环境下材料的各种退化速度都被加速，在使用过程中易发生组织不稳定、在温度和应力作用下产生变形和裂纹长大、材料表面的氧化腐蚀。

1、耐高温、耐腐蚀

高温合金所具有的耐高温、耐腐蚀等性能主要取决于它的化学组成和组织结构。以GH4169 镍基变形高温合金为例，可看出GH4169 合金中铌含量高，合金中的铌偏析成都与冶金工艺直接相关，GH4169 基体为Ni-Gr 固溶体，含Ni 质量分数在50%以上可以承受1 000℃ 左右高温，与美国牌号Inconel718 相似，合金由γ 基体相、δ 相、碳化物和强化相γ#39;和γ″相组成。GH4169 合金的化学元素与基体结构显示了其强大的力学性能，屈服强度与抗拉强度都优于45 钢数倍，塑性也要比45 钢好。稳定的晶格结构和大量强化因子构造了其优良的力学性能。

Ni Cr Mo Ti Nb A l Fe

51． 96 17． 98 3． 07 0． 95 4． 82 0． 45 余

表1 GH4169 的主要化学成分( 质量分数%)

2、加工难度高

高温合金由于其复杂、恶劣的工作环境，其加工表面完整性对于其性能的发挥具有非常重要的作用。但是高温合金是典型难加工材料，其微观强化项硬度高，加工硬化程度严重，并且其具有高抗剪切应力和低导热率，切削区域的切削力和切削温度高，在加工过程中经常出现加工表面质量低、刀具破损非常严重等问题。在一般切削条件下，高温合金表层会产生硬化层、残余应力、白层、黑层、晶粒变形层等过大的问题。

高温合金主要分类

传统的划分高温合金材料可以根据以下3 种方式来进行: 按基体元素种类、合金强化类型、材料成型方式来进行划分。

1、按基体元素种类

⑴铁基高温合金

铁基高温合金又可称作耐热合金钢。它的基体是Fe 元素，加入少量的Ni、Cr 等合金元素，耐热合金钢按其正火要求可分为马氏体、奥氏体、珠光体、铁素体耐热钢等。

⑵镍基高温合金

镍基高温合金的含镍量在一半以上，适用于1 000℃以上的工作条件，采用固溶、时效的加工过程，可以使抗蠕变性能和抗压抗屈服强度大幅提升。目前就高温环境使用的高温合金来分析，使用镍基高温合金的范围远远超过铁基和钴基高温合金用处。同时镍基高温合金也是我国产量最大、使用量最大的一种高温合金．很多涡轮发动机的涡轮叶片及燃烧室，甚至涡轮增压器也使用镍基合金作为制备材料。半个多世纪以来，航空发动机所应用的高温材料承受高温能力从20 世纪40 年代末的750℃提高到90 年代末的1 200℃应该说，这一巨大提升也促使铸造工艺加工及表面涂层等方面快速发展。

⑶钴基高温合金

钴基高温合金是以钴为基体，钴含量大约占60%，同时需要加入Cr、Ni 等元素来提升高温合金的耐热性能，虽然这种高温合金耐热性能较好，但由于各个国家钴资源产量比较少，加工比较困难，因此用量不多。通常用于高温条件( 600 ～ 1 000℃) 和较长时间受极限复杂应力高温零部件，例如航空发动机的工作叶片、涡轮盘、燃烧室热端部件和航天发动机等。为了获得更优良的耐热性能，一般条件下要在制备时添加元素如W、MO、Ti、Al、Co，以保证其优越的抗热抗疲劳性。

2、合金强化类型

根据合金强化类型，高温合金可以分为固溶强化型高温合金和时效沉淀强化合金。

⑴固溶强化型

所谓固溶强化型即添加一些合金元素到铁、镍或钴基高温合金中，形成单相奥氏体组织，溶质原子使固溶体基体点阵发生畸变，使固溶体中滑移阻力增加而强化。有些溶质原子可以降低合金系的层错能，提高位错分解的倾向，导致交滑移难于进行，合金被强化，达到高温合金强化的目的。

⑵时效沉淀强化

所谓时效沉淀强化即合金工件经固溶处理，冷塑性变形后，在较高的温度放置或室温保持其性能的一种热处理工艺。例如:GH4169 合金，在650℃的最高屈服强度达1 000 MPa，制作叶片的合金温度可达950℃。

3、材料成型方式

通过材料成型方式划分有:铸造高温合金( 包括普通铸造合金、单晶合金、定向合金等) 、变形高温合金、粉末冶金高温合金( 包含普通粉末冶金和氧化物弥散强化高温合金)。

⑴铸造高温合金

采用铸造方法直接制备零部件的合金材料叫铸造高温合金。根据合金基体成分划分，可以分为铁基铸造高温合金、镍基铸造高温合金和钻基铸造高温合金3 种类型。按结晶方式划分，可以分为多晶铸造高温合金、定向凝固铸造高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金等4 种类型。

⑵变形高温合金

目前仍然是航空发动机中使用最多的材料，在国内外应用都比较广泛，我国变形高温合金年产量约为美国的1 /8 [2] 。以GH4169 合金为例，它是国内外应用范围最多的一个主要品种．我国主要在涡轮轴发动机的螺栓、压缩机及轮、甩油盘作为主要零件，随着其他合金产品的日益成熟，变形高温合金的使用量可能逐渐减少，但在未来数十年中仍然会是占主导地位。

⑶新型高温合金

包括粉末高温合金、钛铝系金属间化合物、氧化物弥散强化高温合金、耐蚀高温合金、粉末冶金及纳米材料等多种细分产品领域．

①第三代粉末高温合金的合金化程度提升，使其兼顾了前两代的优点，获得了更高的强度较低的损伤，粉末高温合金生产工艺日趋成熟，未来可能从以下几个方面开展: 粉末制备、热处理工艺、计算机模拟技术、双性能粉末盘;

②钛铝系金属间化合物已经开发到第四代，逐步向着多元微量和大量微元这两个方向拓展，德国的汉堡大学，日本京都大学，德国的GKSS 中心等都进行了广泛的研究，钛铝系金属间化合物现已应用于船舶、生物医用、体育用品领域;

③氧化物弥散强化高温合金是粉末高温合金一部分，正在生产研制的有近20 余种，具有较高的高温强度和低的应力系数，广泛的应用于燃气轮机耐热抗氧化部件、先进航空发动机、石油化工反应釜等；

④耐蚀高温合金主要用于替代耐火材料和耐热钢，应用于建筑及航天航空领域。

高温合金包括超合金和高温结构钢。
因为高温合金主要是指能在高温环境下使用的特殊合金材料，其中超合金是其中的一个主要类别，具有优异的高温性能和耐腐蚀性能，可用于航空航天等领域；高温结构钢是一类能在高温环境下保持结构稳定的钢材，例如用于核电站的建设中。
此外，还有一些其他的高温合金材料，例如耐火合金、高温塑料等，都是在特定高温条件下表现出优异性能的特殊合金材料。

1 高温合金包括镍基合金、钴基合金、铁基合金和钛基合金。
2 这些合金都是为了在高温情况下具有优秀的力学性能、耐氧化性和抗腐蚀性而设计的。
3 镍基合金是高温合金中应用最广的一类，广泛应用于航空、能源等领域；钴基合金具有极高的耐热性和抗腐蚀性，被广泛应用于高温工具、模具等领域；铁基合金具有较好的热膨胀性、强度和韧性，在航空航天领域有广泛的应用；钛基合金具有高强度、高韧性和优异的耐腐蚀性，在航空、生物医学等领域有广泛的应用。

高温合金主要分为三类：

1.镍基高温合金：具有良好的耐高温蠕变、高温氧化和抗热腐蚀性能，广泛应用于航空航天、石油化工、能源等领域。

2.钴基高温合金：与镍基高温合金相比，钴基合金具有更高的抗热疲劳性能和更好的耐磨损性能，适用于涡轮机组件和喷气发动机中的耐热部件。

3.铁基高温合金：通常由铁、钴、镍等元素组成，具有良好的耐高温和抗热腐蚀性能，适用于热加工、高温氧化和热腐蚀等领域。

高温合金包括镍基高温合金、钴基高温合金、铁基高温合金和钛基高温合金等几类。
这是因为高温合金是指可在高温环境下稳定使用的金属材料，通常要求材料具有高强度、高温变形能力和抗氧化腐蚀性能等特性，因此需要经过特殊合金化设计和制造工艺，才能满足不同应用需求。
除了上述几类高温合金，也有一些新型金属陶瓷复合材料和纳米材料正在研制和应用中，具有更加优异的高温稳定性和机械性能，是未来研究方向之一。

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