基本介紹
- 中文名：鎳基超合金
- 外文名：Nickel-based superalloy
- 主要元素：鉻
- 其他元素：鈷、鐵、鉬、鎢、鈦和鈮等
- 特點：可承受高溫
- 套用：燃氣透平的渦輪盤，葉片等
燃氣渦輪機的要求,合金作用,抗蠕變性能,鑄造合金,
燃氣渦輪機的要求
現在，由於航空燃氣渦輪的發展，要求材料的工作時間較長，抗熱腐蝕性能的要求正開始支配著全部高級的燃氣渦輪材料的工藝。因此像工業渦輪(要求使用壽命是5000-10000小時)這種機器，SST引擎和C-5A運輸系統(要求使用壽命是5000-36000小時)要求首先考慮到下列因素，以便保證在使用中的可靠性。
1)組織穩定性，消除或者控制對鎳基超合金在全部長期使用期間的性能起著有害影響的冶金反應。
2)抗熱腐蝕性能，在所有的氣氛中，尤其是在氧化和硫化氣氛下工作時，熱表面的穩定性。為了解決這些問題，正在發展各種新設備，新技術和新冶金工藝。在這樣快速發展的情況下，已開始注意到固態系統的基本原理。
合金作用
燃氣輪機高壓級葉片在飛機起飛時受力約250MPa，設計葉片時要求在此應力作用下，於850℃維持30h，其蠕變應變不大於0.1%，為了滿足邀種嚴格要求，經多次試驗逐漸演變成一種成分相當複雜的鎳基超台金。在鎳基超合金中，合金元素的作用大體可歸納為：固溶強化，主要元索有Co、W、Cr；沉澱強化，形成穩定的硬的沉澱相，以阻礙位錯的運動；表面形成保護性的氧化膜。
抗蠕變性能
鎳基超合金的抗蠕變性能是好的，其工作溫度為850℃，而其熔點為1280℃，就是說，達到了很高的比值0.72TM如選種材料根硬，很難用通常的方法加工，必須精密澆鑄成最後形狀。常採用失蠟澆鑄的方法：做一個精密的葉片蠟模嵌置在糊狀的AI2O3中，使石蠟熔化留下精密的型腔後澆入鎳基超合金肢體。這種方法製造的葉片很昂貴，一個葉片成本約150英鎊或330美元，其中材料費用只10英磅主要是製造費用。渦輪盤上有102個葉片，總費用就要15,300英鎊。
鎳基超台金的強化能成功地抑制位錯蠕變，但在850℃下擴散蠕變成為主要問題，擴散蠕變主要是在高強下，通過後晶界盾動和晶內的空位作定向流動衰現出軋解決的辦法是增加晶粒尺寸，甚至可使葉片完全沒有晶界，以避免失效或者使晶粒平行於外力方向排列，要做到這點，只有用定向凝固技術。由於擴散距離很大，可以大大減少擴散蠕變速率，另外也失去了晶界滑動和晶界上生成空穴的動力。定向凝固合金預計不久將會使用在民用飛機上。
鑄造合金
鑄造鎳基合金的化學成分與鍛造合金相類似。雖然鉻的含量較低，鋁的含量較高，對於鍛造合金來說，所形成的主要強化相是γ、碳化物和合金基體。碳化物退化反應只在鍛造合金里發生。TOP相的發展好象是與化學成分有關，但是，還有一些其他因素，鑄造合金與鍛造合金是有明顯區別的。鑄造合金的熱處理比鍛造合金的簡單得多，鑄造合金通常都是從鑄造模子裡冷卻下來後，再在760℃時效約半天的功夫，以保證產生足夠的γ。但是為了改善合金的穩定性，往往也進行均勻化處理，它包括三級或四級鍛造合金型的熱處理，通過這些技術所獲得的組織。它與鍛造合金的組織顯然有些不同。即使採用固溶處理，往往在合金里仍然保留著有直接從合金的熔融狀態形成的大的γ相島狀物。
