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鎳基合金是高溫合金中應用廣、高溫強度的一類合金。其主要原因,一是鎳基合
金中可以溶解較多合金元素,且能保持較好的組織穩(wěn)定性;二是可以形成共格有序的 A3B型金屬間化合物g'[Ni3(Al,Ti)]相作為強化相,使合金得到有效的強化,獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強度;三是含鉻的鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗燃氣腐蝕能力。鎳基合金含有十多種元素,其中Cr主要起抗腐蝕作用,其他元素主要起強化作用。根據它們的強化作用方式可分為:固溶強化元素,如鎢、鉬、鈷、鉻和釩等;沉淀強化元素,如鋁、鈦、鈮和鉭;晶界強化元素,如硼、鋯、鎂和稀土元素等。 鎳基高溫合金按強化方式有固溶強化型合金和沉淀強化型合金。 固溶強化型合金 具有一定的高溫強度,良好的抗冷、熱疲勞性能,并有良好的塑性和焊接性等,可用于制造工作溫度較高、承受應力不大(每平方毫米幾公斤力,)的部件,如燃氣輪機的燃燒室。 沉淀強化型合金 通常綜合采用固溶強化、沉淀強化和晶界強化三種強化方式,因而具有良好的高溫蠕變強度、和抗熱腐蝕性能,可用于制作高溫下承受應力較高(每平方毫米十幾公斤力以上,) 的部件,如燃氣輪機的渦輪葉片等。 此外,鎳基合金也可用做航天器、火箭發(fā)動機、核反應堆、石油化工和能源轉換設備等的高溫部件。在現(xiàn)代飛機發(fā)動機中,渦輪葉片幾乎全部采用鎳基合金制造。
鎳基鑄造高溫合金的宏觀組織和蠕變性能 a.常規(guī)鑄造等軸晶、b.定向結晶柱狀晶 c.單晶 組織 鎳基合金的顯微組織特點及其發(fā)展情況見圖3,合金中除奧氏體基體外,還有在基體中弭散分布的g'相,在晶界上的二次碳化物和在凝固時析出的一次碳化物和硼化物等。隨著合金化程度的提高,其顯微組織的變化有如下趨勢:g'相數(shù)量逐漸增多,尺寸逐漸增大,并由球狀變成立方體,同一合金中出現(xiàn)尺寸和形態(tài)不相同的g'相。在鑄造合金中還出現(xiàn)在凝固過程中形成的g+g'共晶,晶界析出不連續(xù)的顆粒狀碳化物并被g'相薄膜所包圍,組織的這些變化改善了合金的性能。 現(xiàn)代鎳基合金的化學成分十分復雜,合金的飽和度很高,因此要求對每個合金元素(尤其是主要強化元素)的含量嚴加控制,否則會在使用過程中容易析出有害相,損害合金的強度和韌性。
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