鎳基高溫合金類別

一、變形高溫合金

變形高溫合金是指工作溫度范圍內的熱冷變形加工-253～1320℃，一種機械性能好、韌性指標全面、抗氧化、耐腐蝕性高的合金。根據其熱處理工藝，可分為固溶強化合金和及時強化合金。

1、固溶強化合金

900~1300℃，很高抗氧化溫度達到1320℃。例如GH128合金，室溫拉伸強度為850MPa、屈服強度為350MPa；1000℃拉伸強度為140MPa、延伸率為85000℃、30MPa應力的持久壽命為200小時，延伸率為40固溶合金，一般用于制造航空、航天發動機燃燒室、機箱等部件。

2、時效強化合金

使用溫度為-253～950℃，渦輪盤和葉片通常用于制造航空和航天發動機。渦輪盤的合金工作溫度為-253～700℃,要求具有良好的高低溫強度和抗疲勞性。 例如：GH4169合金，在650℃很高屈服強度達到1000MPa；制作葉片的合金溫度可達950℃，例如：GH220合金，950℃拉伸強度為490MPa，940℃、200MPa持久壽命超過40小時。

變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業提供結構鍛件、蛋糕、環、棒、板、管、帶、絲。

二、鑄造高溫合金

鑄造高溫合金是指一種可以或只能通過鑄造成型零件的高溫合金。其主要特點是：

1. 成分范圍更廣。 由于不需要考慮其變形加工性能，合金的設計可以考慮優化其使用性能。例如，對于鎳基高溫合金，可以通過調整成分來制造γ含量高達60，因此合金在高達85合金熔點的溫度下仍能保持良好的性能。

2. 具有更廣泛的應用領域 由于鑄造方法的特殊優點，可根據零件的使用需要設計和制造任何復雜結構和形狀的高溫合金鑄件。

根據鑄造合金的使用溫度，可分為以下三類：

首類：在-253～650℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這種合金在很大范圍內具有良好的綜合性能，特別是在低溫下，可以保持強度和塑性不會下降。例如，在航空和航天發動機上的大量使用K4169合金，其650℃拉伸強度為1000MPa、屈服強度850MPa、拉伸塑性15650℃，620MPa應力下的持久壽命為200小時。已用于制造航空發動機中的擴壓器機箱和航空發動機中各種泵的復雜結構件。

第二類:650~950 ℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在高溫下有較高的力學性能及抗熱腐蝕性能。例如K419合金，950℃拉伸強度大于時700MPa、拉伸塑性大于6950℃，200小時的持久強度專業大于230MPa。適用于航空發動機渦輪葉片、導向葉片和整鑄渦輪。

第三類: 950~1100℃定向凝固柱晶和單晶高溫合金 這種合金在這個溫度范圍內具有優異的綜合性能、抗氧化性和耐熱性。DD402單晶合金，1100℃、130MPa持久壽命超過100小時。這是中國使用溫度很高的渦輪葉片材料，適用于制造新型高性能發動機的渦輪葉片。

隨著精密鑄造技術的不斷提高，新的特殊工藝也不斷出現。細晶鑄造技術、定向凝固技術和復雜的薄壁結構CA鑄造高溫合金水平大大提高，應用范圍不斷提高。

三、粉末冶金高溫合金

高溫合金粉末產品采用霧化高溫合金粉末，經熱等靜壓成型或熱等靜壓后鍛造而成。采用粉末冶金工藝，由于粉末顆粒小，冷卻速度快，成分均勻，無宏觀分析，晶粒小，熱加工性能好，金屬利用率高，成本低，特別是合金的屈服強度和疲勞性能大大提高。

FGH95粉末冶金高溫合金，650℃拉伸強度1500MPa；1034MPa應力下持久壽命大于50小時，是當前在650℃粉末冶金高溫合金是工作條件下強度水平很高的盤件。粉末冶金高溫合金能滿足高應力發動機的使用要求，是高推重比發動機渦輪盤、壓縮機盤、渦輪擋板等高溫部件的選擇材料。

四、氧化物彌散強化（ODS）合金

采用獨特的機械合金化(MA)工藝，超細(小于)50nm)它是一種特殊的高溫合金，具有超穩定的氧化物彌散強化，均勻分散在合金基體中。其合金強度在接近合金本身熔點的情況下仍能維持，具有優異的高溫蠕變性能、優異的高溫抗氧化性能、耐碳、硫腐蝕性能。

商業生產主要有三種ODS合金：

MA956在氧化氣氛合金的使用溫度可達1350℃，高溫合金抗氧化、耐碳、硫腐蝕首。可用于航空發動機燃燒室內襯。

MA754在氧化氣氛合金的使用溫度可達1250℃并保持相當高的高溫強度、耐中堿玻璃腐蝕。現已用于制作航空發動機導向器環和導向葉片。

MA6000合金 在1100℃拉伸強度為222MPa、屈服強度為192MPa；1100℃，1000小時持久強度為127MPa，首種高溫合金可用于航空發動機葉片。

五、金屬間化合物高溫材料

金屬間化合物高溫材料是一種具有重要應用前景的輕比例高溫材料。十多年來，金屬間化合物的基礎研究、合金設計、工藝開發和應用研究已經成熟，特別是在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al在制備加工技術、韌化和強化、力學性能和應用研究方面取得了顯著成績。

Ti3Al基合金（TAC-1），TiAl基合金（TAC-2）以及Ti2AlNb低密度基合金（3.8～5.8g/cm3）、高溫高強度、高鋼、優異的抗氧化、抗蠕變等優點，可使結構件減重35~50 Ni3Al基合金，MX-246具有良好的耐腐蝕性、耐磨性和耐腐蝕性，具有良好的應用前景。Fe3Al基合金在中溫下具有良好的抗氧化耐磨性(小于)600℃）強度高，成本低，是一種可部分替代不銹鋼的新材料。

鎳基高溫合金的發展過程

鎳基高溫合金(以下簡稱鎳基合金)于20世紀30年代末開發。1941年，英國首次生產鎳基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；為了提高蠕變強度和添加鋁，開發了Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。20世紀40年代中期，蘇聯在20世紀40年代末開發了鎳基合金。鎳基合金的發展包括兩個方面：合金成分的改進和生產過程的創新。20世紀50年代初，真空熔煉技術的發展為含有高鋁和鈦的鎳基合金的煉制創造了條件。早期的鎳基合金大多是變形合金。20世紀50年代末，由于渦輪葉片工作溫度的提高，合金需要更高的高溫強度，但合金強度高，難以變形，甚至不能變形，因此采用熔體模具精密鑄造工藝，開發了一系列具有良好高溫強度的鑄造合金。20世紀60年代中期開發了更好的定向結晶、單晶高溫合金和粉末冶金高溫合金。為了滿足船舶和工業燃氣輪機的需要，自20世紀60年代以來，開發了一批耐熱腐蝕性好、組織穩定的高鉻鎳基合金。從20世紀40年代初到70年代末，鎳基合金的工作溫度從 開始700℃提高到1100℃，平均每年都在增加10℃左右。鎳基高溫合金的發展趨勢見圖1。鎳基高溫合金的發展趨勢