固溶強化鐵基變形高溫合金

固溶強化鐵基變形高溫合金指添加合金元素使基體得到強化的鐵基變形高溫合金。這類合金是從Fe-Cr-Ni型奧氏體不鏽鋼的基礎上發展起來的,使用溫度較高,所受應力較低,能適應各種複雜成形的加工,廣泛套用於航空工業製成燃燒室和火焰筒等部件。

成分特點,分類,

成分特點

考慮到這類合金使用溫度高,需要有良好的抗氧化、耐腐蝕性能,把鉻含量提高到20%左右,同時相應地把鎳含量提高到25%甚至35%~40%來穩定基體組織。為了產生有效的固溶強化,加入相當量的高熔點元素鎢、鉬和鈮等,其最大總量高達10%~12%。中國發展的一些固溶強化鐵基變形高溫合金中,加入少量氮後獲得相當強的固溶強化效應,取得了滿意的效果。此外,在有些合金中再加入少量鋁、鈦,以增強固溶強化效果,但加入量不超過1%~1.2%。有些板材合金需要較高的強度,因此除固溶強化外,還加入適量鋁、鈦並輔之以時效強化。加入微量硼、鈰、鋯,以獲取良好的晶界強化效果。

分類

中國的固溶強化鐵基變形高溫合金可以成功地在700~900℃(最高到950℃)溫度範圍內使用,這在國際高溫合金的套用上是獨具特色的。中國典型的固溶強化鐵基變形高溫合金列於表中。根據使用溫度區分,基本上有3大類
(1)在700℃以下使用的合金有GH13和GH139。GH139以6%錳代替一部分鎳,並輔以氮進行固溶強化。這是成分簡單,最經濟的合金。
(2)在800℃以下使用的GH1040合金以20Cr35Ni-40Fe為基,加入適量鎢、鉬作為固溶強化的主要手段,再輔以少量鋁和鈦增強固溶強化而獲得成功。由於GH1040合金的良好綜合性能和一種合金能有多種用途,因此它在中國800℃以下套用的鐵基板材高溫合金中占有統治地位。
(3)在900℃下使用的有GH1131、GH138、GH1015和GH1016等多種合金。這類合金主要用大量的鎢、鉬和鈮(總量高達10%)進行固溶強化,有的合金還添加少量氮(<0.30%)來增強固溶強化效果。為了發展更高使用溫度的鐵基板材合金,如950℃使用的GH14合金,將固溶強化元素鎢、鉬和鈮的總量提高到12%。這類合金的鎳含量都不超過40%,鉻含量高達20%,又加入了大量鎢、鉬和鈮,這就促使高溫下組織不穩定,容易析出富鎢、鉬和鈮的金屬間化合物如AB2型的Laves相、μ相,甚至還會析出AB型的σ相(見高溫合金材料的金屬間化合物相),使材料性能大大惡化,限制了這類合金在高溫下長期使用。為了提高組織穩定性,從合金成分設計的角度,可以增加鎳含量,這樣就向鎳基變形高溫合金趨近,失去了經濟型鐵基變形高溫合金的特色。
除了以上三類外,GH167合金是為適應高強板材合金的要求,除了加入大量鎢、鉬固溶強化外,還加入了相當數量的鋁和鈦進行時效強化。該合金可以在800~850℃範圍內使用。

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