高温合金——航空发动机实现性能突破的关键材料

高温合金——航空发动机实现性能突破的关键材料

高温合金是指以第三主族元素(铁、钴、镍)为基,加入大量强化元素,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。高温合金具有较高的高温强度以及良好的抗氧化、抗热腐蚀、抗疲劳性能,在高温下具有良好的组织稳定性和使用可靠性,因此,也被称为热强合金、耐热合金或超合金。

高温合金的概况

高温合金特点

高温合金又称为耐热合金和超合金,是指在600℃以上及应力作用下,具有长时间抗蠕变能力、高强度、耐腐蚀的金属材料。

相比普通金属,高温合金在复杂工作环境下的性能优异:1)高温强度;2)抗氧化性;3)抗热腐蚀;4)抗疲劳性;5)断裂韧性;6)内部组织稳定,使用可靠。

高温合金的分类

按照组成元素划分

高温合金的组成元素主要包括铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、钛(Ti)、铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)等,其中最常见有铁基、镍基、钴基三种。

铁基高温合金:中等温度(600-800℃)条件下使用的高温合金。铁基合金成分简单,成本低廉,应用广泛。

镍基高温合金:以镍为基体,在中高温(650-1000℃)条件下使用的高温合金。在所有高温合金中,镍基高温合金的高温强度最大,应用范围最广泛。相比铁基合金,组织更稳定,有害相少,抗氧化和抗腐蚀能力更强。

钴基高温合金:在高温(730-1100℃)条件下使用的奥氏体高温合金,含钴量40%-65%。耐高温能力强,但钴是贵金属,成本相对较高,限制钴基合金的推广。

按照加工方式划分

主要可以分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金三大类。

变形高温合金:是指可以进行热、冷变形加工,工作温度范围-253~1320℃,具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标,具有较高的抗腐蚀性能的一类合金。

铸造高温合金:以铸造方法直接制备零部件的高温合金材料。根据合金基体成分,可以分为铁基铸造高温合金、镍基铸造高温合金和钴基铸造高温合金3种类型。按结晶方式,又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。

粉末冶金高温合金:用粉末冶金工艺制取的高温合金。与传统的铸锻高温合金相比,具有组织均匀,无宏观偏析,屈服强度高,耐疲劳性好等优点。

按照强化方式划分

主要包括固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤维强化型四大类。

高温合金的应用领域

基于其在高温工作环境下的突出性能,高温合金被广泛应用于航空、航天发动机、舰船和工业用燃气轮机的核心热端部件。除军事用途外,高温合金还在电力、石油化工、汽车、冶金、玻璃制造等民用领域发挥着不可替代的作用。

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