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,具有优异的高温强度,良好的抗氧化和抗热腐蚀性能,良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能,又被称为“超合金,”主要应用于航空航天领域和能源领域。
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、各种工业燃气轮机热端部件。
1、国际发展
从20世纪30年代后期起,英、德、美等国就开始研究高温合金。第二次世界大战期间,为了满足新型航空发动机的需要,高温合金的研究和使用进入了蓬勃发展时期。40年代初,英国首先在80Ni-20Cr合金中加入少量铝和钛,形成γ相以进行强化,研制成种具有较高的高温强度的镍基合金。同一时期,美国为了适应活塞式航空发动机用涡轮增压器发展的需要,开始用Vitallium钴基合金制作叶片。
此外,美国还研制出Inconel镍基合金,用以制作喷气发动机的燃烧室。以后,冶金学家为进一步提高合金的高温强度,在镍基合金中加入钨、钼、钴等元素,增加铝、钛含量,研制出一系列牌号的合金,如英国的“Nimonic”,美国的“Mar-M”和“IN”等;在钴基合金中,加入镍、钨等元素,发展出多种高温合金,如X-45、HA-188、FSX-414等。由于钴资源缺乏,钴基高温合金发展受到限制。
40年代,铁基高温合金也得到了发展,50年代出现A-286和Incoloy901等牌号,但因高温稳定性较差,从60年代以来发展较慢。苏联于1950年前后开始生产“ЭИ”牌号的镍基高温合金,后来生产“ЭП”系列变形高温合金和ЖС系列铸造高温合金。70年代美国还采用新的生产工艺制造出定向结晶叶片和粉末冶金涡 ,研制出单晶叶片等高温合金部件,以适应航空发动机涡轮进口温度不断提高的需要。
发展至今,国际市场每年高温金属合金消费量在30万吨,广泛应用于各个领域:过去多年,全球航天业对新能源飞机需求旺盛,目前空客与波音已有超万架此类飞机等待交付。而精密机件公司是全球高温合金复杂金属零部件和产品制造的龙头企业,也为航空航天、化学加工、石油和天然气的冶炼以及污染的防治等行业提供所需的镍钴等高温合金。精密机件公司就是波音、空客、劳斯莱斯、庞巴迪等军工航天企业的指定零配件制造商 [1] 。
GH99 эп693 高合金化的镍基时效合金,有较高的热强性,900℃以下可以长期使用,工作温度可达1000℃,合金的组织,具有满意的冷热加工成型和焊接工艺性能。
GH105 Nimonic105 可制造发动机的高温涡轮叶片,对振动、燃气腐蚀、应力扭曲、弯曲等复杂应力的耐受能力好。
GH128 合金具有高的塑性,较高的持久蠕变强度以及良好的抗氧化性和冲压、焊接性能。其综合性能优越,可在950℃以下长期使用。
GH141 Rene41 合金在650~900范围内,具有高的拉伸和持久蠕变强度和良好的抗氧化性能,
GH145 InconelX-750 合金在980℃以下具有良好的强度,良好的抗腐蚀和抗氧化性能,而且也有的低温性能,成型性能也好,主要用作和工业燃气轮机部件。
GH163 C263 合金在800℃以下使用时具有较高的屈服强度和蠕变强度,良好的冷热疲劳性能,应变时效裂纹倾向性小。合金的塑性及冷热加工成型性能、焊接性能好,在540~870温度范围内有极好的强度。用于发动机及燃气轮机的筒、安装边及其他承力部件。
GH182 Hastelloy 合金在650~1040温度范围内具有好的高温性,好的韧性和耐蚀性,其基本耐蚀性能与NS334相同
GH199 эп199 该合金具有较高的高温强度,优良的抗氧化性能和一定的可焊性能,可在950℃下长期使用。
GH202 эп202 合金具有较高的强度和塑性,满意的成型性能和焊接性能,以及良好的耐腐蚀抗氧化性能,合金在-253~850℃范围内组织性能,是深冷和高温条件使用的多用途合金。
GH220 эп220 高合金化、高性能的镍基难变形合金
不锈钢特性:在304钢的基础上,添加Ti以防止晶界腐蚀,适合于使用在430℃至900℃状态中。
不锈钢用途:航空器、排气管、锅炉汽包。
不锈钢牌号:309S
不锈钢特性:具有良好耐高温氧化性能与高温持久性能,耐热温度可达900℃,在无负荷的条件下, 耐热温度可达1000℃。
不锈钢用途:热处理炉,加热炉,电站锅炉热交换器,排烟道等高温环境设备。
不锈钢牌号:310S
不锈钢特性:具有良好耐高温氧化性能与高温持久性能,耐热温度可达1000℃,在无负荷的条件下, 耐热温度可达1100℃。
不锈钢用途:热处理炉,加热炉,电站锅炉热交换器,排烟道等高温环境设备。
不锈钢牌号:410
不锈钢特性:马氏体系的代表钢种,虽具有高强度,但不适合于恶劣的腐蚀环境。加工性良好,经过热处理后发生硬化,有磁性。
不锈钢用途:刀刃、机械部件、石油提炼设备、螺栓、螺母等。
不锈钢牌号:416
不锈钢特性:410基础上增加S的含量以切削性能。可以通过热处理强化。416的强度和切削加工性比304和316好,摩擦系数小,但耐腐蚀能力不如304和316。
不锈钢用途:多用于数控自动车床使用,生产电磁阀、特电机和电气元件等。
不锈钢牌号:420
不锈钢特性:410的高碳版本。淬火状态的硬度良好,具有耐腐蚀性,有磁性。
不锈钢用途:刀刃、管嘴、阀门、板尺、餐具(剪刀、刀)。
不锈钢牌号:431
不锈钢特性:马氏体不锈钢中强度与韧性搭配较好的一种钢种。它对氧化性酸、大部分有机酸以及有机盐类的水溶液有良好的耐蚀性。
不锈钢用途:航空部品、螺栓、雨刮器臂、弹簧、轴承等。
不锈钢牌号:440A、440B、440C
不锈钢特性:高铬,韧性大。可热处理至高硬度。
不锈钢用途:刀具、轴承等。
不锈钢牌号:430
不锈钢特性:作为铁素体钢的代表钢种,热膨胀率抵,成形性及耐氧化性较好。
不锈钢用途:耐热器具、燃烧器、家电产品、餐具、厨房洗涤槽等。
不锈钢牌号:430F
不锈钢特性:430基础上增加S的含量,改善切削性能。
不锈钢用途:耐热器具、燃烧器、家电产品、餐具、厨房洗涤槽等。
不锈钢牌号:630(17-4PH)
不锈钢特性:431牌号的改良型。沉淀硬化型。可以通过热处理方便地调整硬度。冷加工硬化明显。
不锈钢用途:齿轮、轴、阀等。
不锈钢牌号:631 (17-7PH)
不锈钢特性:301牌号的改良型。半奥氏体沉淀硬化型。常温的成型加工性良好。
不锈钢用途:飞机构造材料或精密机械的弹簧等。
不锈钢牌号:2205
不锈钢特性:双相不锈钢。兼具铁素体和奥氏体的优点。强度和韧性高。耐应力腐蚀和耐点蚀能力高于316L。
不锈钢用途:油气、石化、化肥、桥梁、建筑及化学品船等。
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