镍基高温合金的简介（课堂PPT）

1、1镍基高温合金的简介镍基高温合金的简介报告时间：2016-06-06 报告人：邹亦凡2目录目录4强化热处理强化热处理3性能性能2组织结构组织结构1发展背景发展背景5发展前景发展前景31发展背景发展背景 随着航空航天工业的不断发展，高温合金的开发与研究越来越被人们所关注4我国高温合金发展的三个阶段我国高温合金发展的三个阶段一一第一阶段第一阶段 , 从从1956 年至年至20 世纪世纪70 年代初年代初第二阶段第二阶段 , 从从 20世纪世纪70 年代中至年代中至 90年代中期年代中期第三阶段第三阶段 ,从从20 世纪世纪 90年代中至今年代中至今我国高温合金的创业和起始阶段 在苏联专家的指导下炼

2、出的第一炉高温合金 , 拉开了我国研制和生产的序幕我国高温合金的提高阶段 随着试制和生产一些仿欧美型号的航空发动机 , 引进了一系列欧美体系的合金我国高温合金的新发展阶段，应用和开发出了一批的新工艺，研制和生产了一系列高性能、 高档次的高温合金王会阳，安云岐，李承宇，晁兵，倪雅，刘国彬，李萍王会阳，安云岐，李承宇，晁兵，倪雅，刘国彬，李萍.镍基高温合金材料的研究进展镍基高温合金材料的研究进展.材料导报材料导报,2011,25:482-48652组织结构组织结构镍基高温合金是以镍为基体（ 含量一般大于50 ） 、 在6501000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6镍

3、基高温合金的相的组成镍基高温合金的相的组成二二 镍基高温合金的铸态组织由基体镍基高温合金的铸态组织由基体相，相，主要强化相，主要强化相， (Ni3A1)及枝晶间的及枝晶间的 共晶相和碳化物共晶相和碳化物(硼化物硼化物)组成。组成。（1） 基体：通常含有较多数量固溶元素基体：通常含有较多数量固溶元素(CoCrMoW)的连续分布的面心立方结构的的连续分布的面心立方结构的镍基奥氏体相。镍基奥氏体相。（2） 相是一种以相是一种以Ni3Al为基的金属间化合物为基的金属间化合物，与基体一样都是面心立方结构，且两相的，与基体一样都是面心立方结构，且两相的点阵常数相差很小，点阵常数相差很小， 相总是在相总是在

4、基体上基体上共格析出。共格析出。 相是镍基高温合金中最重要相是镍基高温合金中最重要的强化相。的强化相。（3）共晶相：对于共晶相：对于Al、Ti含量较高的铸造含量较高的铸造高温合金，会产生由高温合金，会产生由和和相共同结晶的情相共同结晶的情况，生成共晶。况，生成共晶。（4）碳化物相高温合金中可能出现的碳化物类）碳化物相高温合金中可能出现的碳化物类型有型有MC、M6C和和M23C6。碳化物在镍基高温。碳化物在镍基高温合金的强化中起着重大作用。合金的强化中起着重大作用。合金微观形貌合金微观形貌郭建亭郭建亭.高温合金材料学（上册）高温合金材料学（上册）.科学出版社，科学出版社，20087相的形貌相的形

5、貌二二 相的晶体结构相的晶体结构冷却后产生冷却后产生 和和 相的微观组织形貌相的微观组织形貌碳化物析出形态碳化物析出形态铸造高温合金冷却后铸造高温合金冷却后生成共晶的微观组织生成共晶的微观组织形貌形貌郭建亭郭建亭.高温合金材料学（上册）高温合金材料学（上册）.科学出版社，科学出版社，20088合金元素合金元素二二镍基高温合金通常含有十余种合金元素，分镍基高温合金通常含有十余种合金元素，分类如下：类如下：形成基体的元素：形成基体的元素：Ni，Co，Cr，Mo，W，Nb，Ta，Ti，AI，C，B，Zr形成形成 相的元素：相的元素：Nb，Ta，Ti，Al强化晶界的元素：强化晶界的元素：C，B，zr形

6、成碳化物的元素：形成碳化物的元素：Cr，形成稳定氧化膜的元素：形成稳定氧化膜的元素：MO，W，Nb，Ta，Ti,Cr，Al9合金元素的作用合金元素的作用二二1.镍镍镍是基体元素，镍是基体元素，FCC结构，从室温结构，从室温到高温没有同素异构转变到高温没有同素异构转变。3.铬铬铬含量约十分之一会进铬含量约十分之一会进相，还相，还有少量形成碳化物，其余大部分溶有少量形成碳化物，其余大部分溶解于解于固溶体。固溶体。2.钴钴钴具有密排六方（钴具有密排六方（HCP）结构，从）结构，从室温到高温要发生同素异构转变，室温到高温要发生同素异构转变，由由HCP结构转变结构转变FCC结构。结构。3.钨和钼钨和钼钨

7、溶解于钨溶解于基体和基体和相各占一半，相各占一半，钼主要溶解于钼主要溶解于基体中基体中镍含量对镍基合金持久寿命的影响钴含量对合金蠕变速率和蠕变断裂寿命的影响钼含量对合金屈服强度的影响铬含量对合金氧化速率的影响103性能性能镍基高温合金一般在600以上承受一定应力的条件下工作，它不但有良好的高温抗氧化和抗腐蚀能力，而且有较高的高温强度、蠕变强度和持久强度，以及良好的抗疲劳性能11镍基高温合金的特殊性能镍基高温合金的特殊性能三三在金属材料中，镍基合金由于具在金属材料中，镍基合金由于具有最佳的抗高温蠕变能力，而被有最佳的抗高温蠕变能力，而被广泛的使用在各种高温环境，作广泛的使用在各种高温环境，作为承

8、力件应用。为承力件应用。镍基合金室温下就具有较高的拉伸镍基合金室温下就具有较高的拉伸强度强度, 且兼具良好的延展性，此一趋且兼具良好的延展性，此一趋势可维持至高达势可维持至高达850高温合金在高温下的疲劳寿命受高温合金在高温下的疲劳寿命受温度、应变速率、保持时间以及温度、应变速率、保持时间以及负荷波形等参数的影响，这主要负荷波形等参数的影响，这主要是由于高温下与时间相关的损伤是由于高温下与时间相关的损伤机制发生作用的结果机制发生作用的结果镍基合金在强还原性腐蚀环境，镍基合金在强还原性腐蚀环境，复杂的混合酸环境，含有卤素离复杂的混合酸环境，含有卤素离子的溶液中都具有很好的耐蚀性。子的溶液中都具有

9、很好的耐蚀性。高温高温强度强度耐腐耐腐蚀性蚀性蠕变蠕变强度强度疲劳疲劳性能性能12有关性能的具体体现有关性能的具体体现三三不同合金的抗蠕变性能比较图不同合金的抗蠕变性能比较图镍基高温合金的性能曲线镍基高温合金的性能曲线13有关性能的具体体现有关性能的具体体现三三K 445合金在最高循环温度合金在最高循环温度850 时时,200次热循环后的热疲劳裂纹形貌次热循环后的热疲劳裂纹形貌不同合金在不同合金在HCl中的耐蚀性质数据中的耐蚀性质数据144热处理热处理镍基高温合金的强化可以分为以下三类：固溶强化、晶界强化、第二相强化15强化原理强化原理四四晶界强化晶界的晶体结构不规则，原子排列杂乱，同时又有各

10、种晶体缺陷存在。在室温快速形变下，由于晶界不参与形变，并且可阻止晶内滑移，因而有利于合金的强化。第二相强化(1)弹性应力场作用(2)位错切割第二相质点(3)位错绕过第二相质点的Orowan机制(4)在高温蠕变条件下，位错可以通过交滑移或攀移越过第二相。固溶强化将合金元素固溶到奥氏体基体中，来达到强化的目的。沉淀硬化金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化。颜鸣皋，陈学印颜鸣皋，陈学印.镍基高温合金的强化镍基高温合金的强化.金属学报（金属学报（ACTA METALLURGICA SINICA）,1964, 7(3):307-32116固溶热处理固溶热处理四四目

11、的作用将铸态粗大 相颗粒全部或部分固溶后在空冷过程中析出更细小的 相，以提高合金的高温强度。固溶温度愈高，铸态粗大的矿相固溶的愈多，析出细小 数量愈多，合金强度越高。在固溶处理过程中，除 相固溶外，还有碳化物的分解和析出，碳化物在镍基高温合金的固溶强化中起着重大作用固溶热处理的目的通常有三个：第一，溶解或大部分溶解主要强化相；第二，获得均匀而合适的晶粒尺寸；第三，降低或消除偏析。17固溶热处理与固溶热处理与 相相四四合金的硬度随固溶温度的升高先减小后合金的硬度随固溶温度的升高先减小后增大，增大，1140C之前硬度随固溶温度的之前硬度随固溶温度的升高而减小，升高而减小，1140到到1200。随着

12、固溶温度的升高，在随着固溶温度的升高，在1180和和1190固溶时，固溶时，Y相溶解相溶解缓慢，尺寸变化不大；在缓慢，尺寸变化不大；在1200固溶时，固溶时，Y相开始溶解尺寸、相开始溶解尺寸、略微下降；在略微下降；在1210摄氏度和摄氏度和1220温度固溶时，由于温度固溶时，由于Y相全相全部溶解后在时效过程中又重新析出，其尺寸明显减小部溶解后在时效过程中又重新析出，其尺寸明显减小18固溶热处理与固溶热处理与Y相相四四 相平均等效直径与固溶温度的关系随着固溶温度的升高， 相的形态逐渐由球形变为立方体形状。 相由球形向方形转变是一个界面能降低的过程。固溶处理对 相数量的影响19时效强化时效强化四四

13、目的时效热处理主要目的是是进一步析出时效热处理主要目的是是进一步析出细小的细小的 相或相或 “相，使主要强化相，使主要强化相数量增加，使高温合金的强度进一相数量增加，使高温合金的强度进一步提高步提高一致性不同固溶温度和不同固溶保温时间下，不同固溶温度和不同固溶保温时间下，合金时效前后变化趋势一致。合金时效前后变化趋势一致。组织合金在经过时效处理后二次合金在经过时效处理后二次 相变相变化不明显，而在二次化不明显，而在二次 相之间析出相之间析出部分三次部分三次 相，析出三次相，析出三次 相的相的数量与时效前基体过饱和度有关。数量与时效前基体过饱和度有关。冷却水淬后时效合金的硬度最高，空冷水淬后时效

14、合金的硬度最高，空冷次之，炉冷最低。这和合金中三次次之，炉冷最低。这和合金中三次 相的含量相对应。相的含量相对应。20时效强化与时效强化与 相相四四时效前后 相的情况合金高温长期时效后 相的形貌21固溶固溶+时效热处理时效热处理四四固溶固溶+时效热处理时效热处理 铸造合金通过固溶处理后，合金的强度提高了，但是塑性明显下降，因此目前一些高强度铸造高温合金，为了获得优良的综合性能，即既有很高的强度，又有一定的塑性，合金固溶后应跟着进行时效处理。 时效处理分一级、二级和三级，由于两级和三级时效处理后，合金中既有粗大的 相又有细小的 相弥散析出，使合金具有最佳的综合性能225发展前景发展前景23发展前

15、景发展前景四四保持组织稳定性，提高材料强度。保持组织稳定性，提高材料强度。发展耐热腐蚀性能优越的单晶合金。发展耐热腐蚀性能优越的单晶合金。开发密度尽量小的单晶合金。开发密度尽量小的单晶合金。降低成本，减少昂贵的金属元素降低成本，减少昂贵的金属元素添加量。添加量。唐中杰唐中杰, 郭铁明郭铁明, 付迎付迎, 惠枝惠枝, 韩昌松韩昌松.镍基高温合金的研究现状与发展前景镍基高温合金的研究现状与发展前景.金属世界，金属世界，2014，1：36-4024参考文献参考文献王会阳，安云岐，李承宇，晁兵，倪雅，刘国彬，李萍王会阳，安云岐，李承宇，晁兵，倪雅，刘国彬，李萍.镍基高温合金材料的研究进展镍基高温合金材料的研究进展.材料导报材料导报,2011,25:482-486郭建亭郭建亭.高温合金材料学（上册）高温合金材料学（上册）.科学出版社，科学出版社，2008郭建亭。高温合金材料学（中册）郭建亭。高温合金材料学（中册）.科学出版社，科学出版社，2008金玉花，韩萍花，李常锋，寇生中金玉花，韩萍花，李常锋，寇生中.稀土稀土Y，Ce对对K418镍基