镍基超合金

镍基超合金一种镍基高温合金。合金元素主要为铬(15%～30%)，其余为钴、铁、钼、钨、钛和铌，总含量为3%～20%。铬可保证高温下的弹性模量，阻止塑性变形；钛与铝可以形成Ni3(A1，Ti)弥散相，与基体共格，起强化作用。用于服役中承受高温（可达1100℃）和高应力的场合，如燃气透平的涡轮盘，叶片等。

燃气涡轮机的要求现在，由于航空燃气涡轮的发展，要求材料的工作时间较长，抗热腐蚀性能的要求正开始支配着全部高级的燃气涡轮材料的工艺。因此像工业涡轮(要求使用寿命是5000-10000小时)这种机器，SST引擎和C-5A运输系统(要求使用寿命是5000-36000小时)要求首先考虑到下列因素，以便保证在使用中的可靠性。

1)组织稳定性，消除或者控制对镍基超合金在全部长期使用期间的性能起着有害影响的冶金反应。

2)抗热腐蚀性能，在所有的气氛中，尤其是在氧化和硫化气氛下工作时，热表面的稳定性。为了解决这些问题，正在发展各种新设备，新技术和新冶金工艺。在这样快速发展的情况下，已开始注意到固态系统的基本原理。1

合金作用燃气轮机高压级叶片在飞机起飞时受力约250MPa，设计叶片时要求在此应力作用下，于850℃维持30h，其蠕变应变不大于0.1%，为了满足邀种严格要求，经多次试验逐渐演变成一种成分相当复杂的镍基超台金。在镍基超合金中，合金元素的作用大体可归纳为：固溶强化，主要元索有Co、W、Cr；沉淀强化，形成稳定的硬的沉淀相，以阻碍位错的运动；表面形成保护性的氧化膜。1

抗蠕变性能镍基超合金的抗蠕变性能是好的，其工作温度为850℃，而其熔点为1280℃，就是说，达到了很高的比值0.72TM如选种材料根硬，很难用通常的方法加工，必须精密浇铸成最后形状。常采用失蜡浇铸的方法：做一个精密的叶片蜡模嵌置在糊状的AI2O3中，使石蜡熔化留下精密的型腔后浇入镍基超合金肢体。这种方法制造的叶片很昂贵，一个叶片成本约150英镑或330美元，其中材料费用只10英磅主要是制造费用。涡轮盘上有102个叶片，总费用就要15,300英镑。

镍基超台金的强化能成功地抑制位错蠕变，但在850℃下扩散蠕变成为主要问题，扩散蠕变主要是在高强下，通过后晶界盾动和晶内的空位作定向流动衰现出轧解决的办法是增加晶粒尺寸，甚至可使叶片完全没有晶界，以避免失效或者使晶粒平行于外力方向排列，要做到这点，只有用定向凝固技术。由于扩散距离很大，可以大大减少扩散蠕变速率，另外也失去了晶界滑动和晶界上生成空穴的动力。定向凝固合金预计不久将会使用在民用飞机上。

铸造合金铸造镍基合金的化学成分与锻造合金相类似。虽然铬的含量较低，铝的含量较高，对于锻造合金来说，所形成的主要强化相是γ、碳化物和合金基体。碳化物退化反应只在锻造合金里发生。TOP相的发展好象是与化学成分有关，但是，还有一些其他因素，铸造合金与锻造合金是有明显区别的。铸造合金的热处理比锻造合金的简单得多，铸造合金通常都是从铸造模子里冷却下来后，再在760℃时效约半天的功夫，以保证产生足够的γ。但是为了改善合金的稳定性，往往也进行均匀化处理，它包括三级或四级锻造合金型的热处理，通过这些技术所获得的组织。它与锻造合金的组织显然有些不同。即使采用固溶处理，往往在合金里仍然保留着有直接从合金的熔融状态形成的大的γ相岛状物。2

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侯传涛 - 副教授 - 青岛大学