《航空材料无损检测》课件-航空金属材料-高温合金

航空金属材料-高温合金航空材料无损检测01高温合金02铁基、镍基和钴基高温合金03变形、铸造、粉末冶金和发散冷却高温合金04固溶强化、时效强化和氧化物弥散强化高温合金目录CONTENTS05高温合金制备特点06高温合金在航空工业中的应用高温合金PART–01一、高温合金高温合金一般指在600℃以上承受一定应力条件下工作的合金。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、蠕变强度和持久性能以及良好的抗疲劳性能。发动机扇叶航空发动机铁基、镍基和钴基高温合金PART–02二、铁基、镍基和钴基高温合金高温合金按合金基体元素不同可分为铁基、镍基和钴基高温合金。使用最广的是镍基高温合金，其高温持久强度最高，钴基高温合金次之，铁基高温合金最低。镍基铁基钴基变形、铸造、粉末冶金和发散冷却高温合金PART–03三、变形、铸造、粉末冶金和发散冷却高温合金高温合金按制作工艺不同可分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金和发散冷却高温合金。燃烧室机匣三、变形、铸造、粉末冶金和发散冷却高温合金燃烧室机匣（一）变形高温合金能够通过热加工变形成型的高温合金材料。一般分为铁基变形高温合金、镍基变形高温合金和钴基变形高温合金三类。铁基变形高温合金广泛用作燃烧室、涡轮盘、机匣和轴等零件；一般用于工作温度较低的发动机。镍基变形高温合金应用最广泛。限于资源，我国钴基变形高温合金发展较少，一般不研制新合金。变形高温合金的合金化程度相对较低，因而高温强度也较低，但综合性能好，有较好的热加工塑性，可以通过热变形制成不同形状的部件。三、变形、铸造、粉末冶金和发散冷却高温合金（二）铸造高温合金以铸造方法直接制备零部件的高温合金材料。根据合金基体成分可分为铁基铸造高温合金、镍基铸造高温合金和钴基铸造高温合金三种类型；按结晶方式可分为多晶铸造高温合金、定向凝固铸造高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金四种类型。铸造高温合金一般在大型真空感应炉中冶炼母合金，用失腊精密造型制造壳型，然后在小型真空感应炉中重熔浇注成零件。铸件中不可避免会产生一些显微缩松，可采用热等静压处理使之减轻或消除；多晶铸造高温合金的晶粒度比较大，对疲劳性能不利，通常采用表面晶粒细化法获得零件表层的细晶。铸造高温合金的合金化程度高，高温强度高，但难于或不可能进行热加工变形，因而采用精密铸造制成零件。三、变形、铸造、粉末冶金和发散冷却高温合金（二）铸造高温合金单晶扇叶定向凝固叶片三、变形、铸造、粉末冶金和发散冷却高温合金（三）粉末冶金高温合金用粉末冶金工艺制取的高温合金材料。粉末冶金高温合金具有晶粒细小、组织均匀、加工性能好、高温屈服强度高、疲劳性能好等优点，是制造先进的高推重比飞机发动机涡轮盘和其他高温部件的理想材料。粉末冶金高温合金可分为镍基粉末冶金高温合金、氧化物弥散强化高温合金和机械合金化高温合金，产品已得到广泛应用。粉末冶金高温合金采用液态金属雾化喷粉或高能球磨机制粉，因此晶粒组织细小，偏析基本得到消除，所以热加工性得到显著改善，可以将难于变形的铸造高温合金转变成变形高温合金，制成高性能涡轮盘。三、变形、铸造、粉末冶金和发散冷却高温合金（三）粉末冶金高温合金晶粒组织粉末涡轮盘三、变形、铸造、粉末冶金和发散冷却高温合金（四）发散冷却高温合金采用发散冷却技术，能够在极端高温环境下稳定工作的一类高温合金材料。这种材料是以金属粉末或金属丝网为原料，经压制、烧结制成的，具有一定渗透能力和机械强度的多孔体。主要用作液氢一液氧火箭发动机燃烧室的喷注器面板，工作温度高达3500℃。固溶强化、时效强化和氧化物弥散强化高温合金PART–04四、固溶强化、时效强化和氧化物弥散强化高温合金高温合金按强化方式不同分为固溶强化高温合金、时效强化高温合金和氧化物弥散强化高温合金。（1）固溶强化高温合金具有良好的抗氧化性、良好的塑性和成形性以及一定的高温强度，主要用于承受应力较低的高温部件，如燃烧室、火焰筒等。（2）时效强化高温合金具有较高的高温强度和蠕变强度以及良好的综合性能，是高温合金材料的主要组成部分，用于承受高负荷的高温和中温部件，如涡轮叶片、涡轮盘等。（3）氧化物弥散强化高温合金中弥散分布的氧化物有高的热稳定性，即使在很高温度下也不固溶于基体，因而在1000℃以上仍有较高的强度。四、固溶强化、时效强化和氧化物弥散强化高温合金高温合金按强化方式不同分为固溶强化高温合金、时效强化高温合金和氧化物弥散强化高温合金。高温合金制备特点PART–05五、高温合金制备特点与一般钢铁材料相比，高温合金的制备工艺，包括冶炼、塑性加工、铸造、焊接和热处理，均有其自身的特点。五、高温合金制备特点（一）高温合金冶炼高温合金冶炼是使组成高温合金材料的原材料熔融成合金的方法。大多采用二次重熔工艺；主要的二次重熔设备有电渣炉和真空自耗炉。电渣炉真空自耗炉热等静压炉五、高温合金制备特点（二）高温合金铸造高温合金铸造是使用精密铸造进行成型的工艺。主要生产工艺是真空冶炼和熔模精密铸造工艺。经真空冶炼母合金、真空铸造和热等静压处理的铸件，最佳性能可与同类变形高温合金相比拟。电渣炉真空自耗炉热等静压炉五、高温合金制备特点（三）高温合金塑性加工高温合金塑性加工是在外力作用下，使高温合金发生塑性变形，成为所需形状、尺寸和性能的工件，是高温合金材料制备工艺之一。塑性加工（压力加工）可分为热塑性加工和冷塑性加工。高温合金热塑性加工的特点是：塑性较低：热加工温度范围较窄，一般为200℃左右，有的甚至低到70℃~80℃；高温下变形抗力较大，比普通碳素结构钢高2~4倍；再结晶温度低，变形过程中抗力增加，硬化较大，塑性降低，因而不利于高速变形。热塑性加工方式主要有八种：锻锤自由锻、压力机自由锻、挤压、热轧、模锻、细晶锻造、超塑性等温锻造和形变热处理。冷塑性加工的特点是：由于高温合金强度高，变形抗力大，大部分不宜进行冷塑性加工，只有固溶强化型和少数时效强化型高温合金才可以进行冷塑性加工。加工方式主要有五种：冷轧薄板、冷轧和冷拔管材、拉拔棒材、拉拔丝材、冲压和拉伸。五、高温合金制备特点（三）高温合金塑性加工冷轧机冲压机细化晶粒五、高温合金制备特点（四）高温合金焊接高温合金材料可采用电弧焊、电阻焊、真空纤焊、扩散焊和摩擦焊等。高温合金熔焊时，注意加强保护，防止合金元素氧化烧损；电子束焊和扩散焊时，必须在高真空和高精度装配的条件下进行。细化晶粒五、高温合金制备特点（五）高温合金热处理利用高温合金材料随温度变化发生组织结构转变的特性，以改善并控制其物理、力学性能的工艺。高温合金的热处理方法有扩散退火、固溶处理、时效、中间处理和特殊热处理等。特殊热处理包括弯曲晶界热处理、形变热处理和细化晶粒热处理。铸造高温合金大部分不必进行热处理就可以使用。高温合金在航空工业中的应用PART–06六、高温合金在航空工业中的应用