镍基高温合金

一种复杂的合金,广泛地用于制造各种高温部件镍基高温合金DesignedbyFAN主讲人：赵宇凡OURTEAM：赵宇凡张纯智刘智勇石祥虎钱远宏张昊杨杰穷李远兵NickelA.镍基合金发展与特性B.镍基合金分类C.常用热处理D.应用领域目录CONTENTSNickel发展简史及其特性[1]NickelNickelNi基高温合金发展简史Nibasesuperalloys开发和使用始于20世纪30年代末期是在喷气式飞机的出现对高温合金的性能提出更高要求的背景下发展起来的。镍基合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。镍为基体(含量一般大于50%)在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。NickelNi基高温合金发展简史•英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti)，后来加入铝、钴、钼等合金元素发展出Nimonic80A、Nimonic90、Nimonic95,Nimonic100。合金蠕变强度及承温能力逐步提高——这就是Nimonic系列形合金。•美国和前苏联合金的发展与英国相似。美国于40年代中期，苏联于40年代后期开始研制高温合金。•我国自1956年第一炉高温合金GH3030试炼成功，迄今为止，我国镍基高温合金的研究、生产和应用已历经五十多年。从无到有，从仿制倒自主创新，并建立和完善了高温合金体系。Ni基高温合金发展简史Nickel变形高温合金铸造高温合金定向凝固高温合金单晶高温合金30年代末50年代中后期60年代中期70年代中期生产工艺的革新Ni基高温合金特性•镍基合金中可以溶解较多合金元素，具有很大的合金能力，为改善镍的各种性能提供潜在的可能性。Nickel镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。•镍为面心立方，从室温到高温不发生同素异型转变且能保持较好的组织稳定性•可形成共格有序的金属间化合物[Ni3(Al，Ti)]、Ni3Nb相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度•镍具有高的化学稳定性，在500度以下几乎不发生氧化，含铬的镍基合金具有很好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力Nickel[2]Nickel镍基高温合金分类及牌号Nickel按主要用途Ni基高温合金的分类固溶强化型时效强化型按强化方式按材料成型方式变形合金铸造合金粉末冶金合金板材合金棒材合金盘材合金NickelNi基高温合金的分类将一些合金元素（W、Mo、Co、Cr和V等）加入，使之形成合金化的单相奥氏体而得到强化。使用温度范围为900～1300℃，最高抗氧化温度达1320℃。一般用于制作航空、航天发动机燃烧室、机匣等部件固溶强化型时效强化型加入Al、Ti、Nb等，时效析出γ΄（Nb3Al/Ti）、γ΄΄（Nb3Nb）相或碳化物的时效沉淀强化使用温度为-253～950℃一般用于制作航空、航天发动机的涡轮盘与叶片等结构件。NickelNi基高温合金的牌号我国高温合金牌号表示法3或43：固溶强化4：时效强化如：GH4169镍基Nickel国外主要镍基高温合金牌号Inconel系列IncoAlloysInternational，Inc（国际因科合金公司）Inconel718/738…Nimonic系列MondNickelCompany（蒙特镍公司）Nimonic90/100…Rene系列GeneralElectricCompony（通用电气公司）Rene88/95…Hastelloy系列CabotCorporation（哈氏合金国际公司）(Hastelloy)B-2(Hastelloy)C-4…····Ni基高温合金的牌号Nickel[3]Nickel镍基高温合金热处理NickelNi基高温合金热处理高温合金性能123Treatment固溶处理中间热处理时效处理Heat也称低温固溶或高温时效取决于化学组成组织结构当合金成分一定时，热处理工艺对合金组织影响更为敏感。•不同的热处理即不同加热温度、保温时间和冷却速度以及各种特殊热处理，可使合金的晶粒度、强化相的沉淀或溶解、析出相的数量和颗粒尺寸，甚至晶粒状态等不同NickelNi基高温合金热处理目的：1.将强化相和碳化物尽量溶入集体中，以得到单相组织，给以后时效沉淀析出均匀细小的强化相做准备；2.获得均匀的合适晶粒尺寸。Ni基高温合金固溶处理选择固溶温度和保温时间应考虑合金成分，及其使用条件。•通常，高温合金固溶温度为1000~1200℃。•对于固溶强化型：固溶温度较低，保温时间几分到十几分钟，以获得细晶粒。对于时效强化型：若要求高屈服强度和机械疲劳性能，也要求晶粒细小，固溶温度也较低，但保温时间长；若要求高的持久和蠕变性能，晶粒尺寸较大为宜，固溶温度应较高。•固溶处理后冷却速度：对以后时效析出相的颗粒大小有影响，尤其对低合金化高温合金更为明显。大部分采用空冷冷却，少数采用水冷或油冷。NickelNi基高温合金热处理Ni基高温合金中间处理目的：1.使高温合金晶界析出一定量的各种碳化物相和硼化物相2.使晶界以及晶内析出较大颗粒的γ΄相。晶界析出的颗粒碳化物，提高晶界强度，晶内大的γ΄相析出，是晶界、晶内强度得到协调匹配，提高合金持久和蠕变寿命及持久伸长率，改善合金长期组织稳定性。•大多数高温合金都要进行中间处理，合金化程度高的时效强化合金尤为如此。•高温合金中碳化物主要有MC、M23C6、M6C和M7C3，它们的析出温度范围不同，因而中间处理温度不同。一般低于固溶温度而高于时效温度NickelNi基高温合金热处理Ni基高温合金时效处理目的：在合金基体中析出一定数量和大小的强化相，如γ΄（Nb3Al/Ti）、γ΄΄（Nb3Nb）相等，已达到合金最大的强化效果。时效处理对合金强度起决定性作用•合金时效温度随着合金元素含量的增多（尤其是Al、Ti、W、Nb和Mo）而升高，其温度约在650~980℃之间。•有些合金，为了抑制σ、μ等一些有害相的析出，时效温度要有所改变。•通常，时效温度就是合金的主要使用温度。NickelNi基高温合金的退火热处理再结晶退火应力消除处理降低材料硬度，提高塑韧性消除高温合金材料在冷热加工和铸造焊接成形过程中所产生的残余应力。•通常在低于合金再结晶温度以下进行。•在考虑到最大残余应力消除同时，还要尽可能防止对合金力学性能和抗氧化性能的不利影响。•时效强化型镍基高合为消除加工过程残余应力应采用再结晶退火处理，因为在去应力退火温度下，γ΄强化相会时效析出，使合金难以加工成形。控制晶粒度和最大程度软化的目的。•将合金加热到再结晶温度以上使其完全再结晶•通常用于固溶强化型变形高合的冷热加工和焊接成形；对于γ΄相析出强化变形高合，通常起再结晶退火处理可按该合金的固溶热处理规范进行，所不同的只是这它的目的：提高塑性，降低硬度，以便于加工和焊接。Nickel[4]Nickel镍基高温合金应用和发展NickelNi基高温合金应用应用于对结构材料要求最为严苛的涡扇发动机高温部件。目前的先进航空发动机中，镍基高温合金所占比重超过50%反映镍基高温合金在此领域中的领先地位NickelNi基高温合金应用航天器及火箭发动机航空发动机舰艇及工业燃气机轮核反应推交通运输石油化工Nickel1234国产大飞机Nickel载人航天新能源中国航母Ni基高温合金的发展未来有约和近年来，随着国家大型飞机、载人航天、新型能源等领域的快速发展，使高温合金铸件的产量大幅提高。高温合金的市场需求处于逐步扩大和增长状态。NickelNi基高温合金的发展发展趋势提高合金的工作温度和改善中温或高温下承受各种载荷的能力，延长合金寿命为了提高抗腐蚀和耐磨蚀性能，合金的防护涂层材料和工艺也将获得进一步发展。单晶叶片激光立体成形GH4169空心叶片采用激冷态合金粉末制造多层扩散连接的空心叶片，适应提高燃气温度的需要抗高温腐蚀涂层NickelThanksforyourattention！