變形高溫合金的特性分類及用途

1、變形高溫合金的特性、分類及用途(轉(zhuǎn)載)作者: hurenchang   查看次數(shù): 25   發(fā)表時(shí)間: 2006/5/16 21:27  【去論壇討論】因?yàn)橛斜砀? 故看起來(lái)較亂, 可下載附件, .doc文件.變形高溫合金的特性、分類及用途  高溫合金是根據(jù)航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的需要而發(fā)展起來(lái)的一種金屬材料，它可在6001100的高溫氧化和燃?xì)飧g條件下，承受復(fù)雜應(yīng)力，并長(zhǎng)期可靠地工作。主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端部件，也是航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)、能源和化工等工業(yè)的重要材料。在

2、先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金的用量占金屬材料總用量的40%60%。在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家，如美國(guó)，航空航天用高溫合金占其總用量的85%左右。  高溫合金是一種兼有熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性的合金。熱穩(wěn)定性是指金屬材料在高溫下抗氧化或抗氣體腐蝕的能力；而熱強(qiáng)性是指金屬材料在高溫下抵抗塑性變形和斷裂的能力。金屬的熱穩(wěn)定性常用稱重法來(lái)評(píng)定，在高溫下金屬單位時(shí)間、單位面積上的失重或增重越大，表示抗氧化性越差，即熱穩(wěn)定性越差。熱強(qiáng)性的評(píng)定指標(biāo)包括蠕變極限、持久強(qiáng)度、高溫瞬時(shí)強(qiáng)度、高溫疲勞強(qiáng)度等。蠕變極限表征在高溫、長(zhǎng)期載荷作用下，材料抵抗塑性變形的能力；持久強(qiáng)度表征在高溫、長(zhǎng)期載荷作用下，材料抵抗斷裂的能力；高

3、溫瞬時(shí)強(qiáng)度（b和0.2）表征高溫下材料在瞬時(shí)過(guò)載時(shí)抵抗塑性變形和斷裂的能力；高溫疲勞強(qiáng)度是指在規(guī)定循環(huán)次數(shù)下（一般為107次）不引起斷裂的應(yīng)力。  高溫合金分為變形高溫合金和鑄造高溫合金。變形合金按基體元素的不同，可分為鐵基變形高溫合金、鎳基變形高溫合金和鈷基變形高溫合金，按合金的高溫性能、成形特點(diǎn)及用途的不同，變形高溫合金又可分為熱穩(wěn)定變形高溫合金和熱強(qiáng)變形高溫合金。熱穩(wěn)定變形高溫合金的特點(diǎn)是熱穩(wěn)定性很高，通常在固溶狀態(tài)下使用，強(qiáng)度雖不高，但塑性很好，可順利地進(jìn)行深沖壓，主要用于受力不大而工作溫度很高的零件，例如燃燒室火焰筒及加力燃燒室等。熱強(qiáng)變形高溫合金的特點(diǎn)是熱強(qiáng)度較高，通常在

4、淬火、時(shí)效狀態(tài)下使用，主要用于高溫下承受大載荷及復(fù)雜應(yīng)力的零件，例如渦輪葉片、渦輪盤(pán)等。  我國(guó)的新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，變形高溫合金的牌號(hào)以漢語(yǔ)拼音字母“GH”后接四位阿拉伯?dāng)?shù)字來(lái)表示。“GH”后第一位數(shù)字表示分類號(hào)，其中1表示固溶強(qiáng)化型鐵基合金；2表示時(shí)效強(qiáng)化型鐵基合金；3表示固溶強(qiáng)化型鎳基合金；4表示時(shí)效強(qiáng)化型鎳基合金?！癎H”后第二、三、四位數(shù)字表示合金的編號(hào)。例如GH2036，GH4033等，其相應(yīng)的舊牌號(hào)為GH36，GH33等。  我國(guó)于20世紀(jì)50年代開(kāi)始研制高溫合金，到目前已有40多種變形高溫合金。航空工業(yè)中常用的鐵基、鎳基變形高溫合金的牌號(hào)、化學(xué)成分及使用溫度，見(jiàn)表1

5、和表2。  燃燒室用合金主要有GH3030、GH3039、GH1140、GH3044、GH1015、GH1016、GH22、GH163、GH2302、GH170等。渦輪工作葉片大多采用時(shí)效強(qiáng)化型變形合金，如GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH151、GH143、GH2130、GH2302、GH738、GH118、GH220、GH710等。渦輪盤(pán)材料大多采用鐵-鎳基沉淀強(qiáng)化合金（750以下），如溫度更高，則采用鎳基合金或粉末渦輪盤(pán)材料。渦輪盤(pán)常用合金有GH2036、GH4033、GH2132、GH2135、GH901、GH4133、GH761、GH698、GH7

6、10等。表1 常用鐵基變形高溫合金的牌號(hào)、化學(xué)成分及使用溫度合金牌號(hào)   化學(xué)成分/（%）   使用溫度  C   Cr   Ni   Mn   W   Mo   Al   Ti   V   B   其他   Al+Ti+Nb   GH1015   0.08   1922   3439   1.5   4.85.8   2.53.2        

7、     0.01   Nb1.11.6   1.6   950GH1016   0.08   1922   3236   1.8   56   2.63.3         0.10.3   0.01   Nb0.91.4   1.4   950GH1040   0.12   1517.5   2427   12       5.57.

8、5                 Nb0.10.2       600GH2036   0.340.4   11.513.5   79   7.58.5       1.11.4       0.12   1.251.55       Nb0.250.5   1.4   650GH2132   0.08  

9、 13.516   2427   12       11.5   0.4   1.752.3   1.251.55   0.0010.01       2.2   700GH2136   0.06   1316   24.528.5   0.35       1.01.75   0.35   2.43.2   0.010.1   0.0050.025

10、60;     3.0   700GH2135   0.06   1416   3336   0.4   1.72.2   1.72.2   2.02.8   2.12.5       0.015   Ce0.03   4.7   700750GH901   0.020.06   1114   4045   0.4       56.5   0.3

11、   2.83.1       0.0010.02       3.2   750GH2130   0.8   1216   3540   0.5   56.5       1.42.2   2.43.2       0.02   Ce0.02   4.6   800GH2302   0.08   1216   3842   0

12、.6   3.54.5   1.22.5   1.82.3   2.32.8       0.01   Zr0.05   4.6   800GH1140   0.060.12   2023   3540   0.7   0.41.8   2.02.5   0.20.6   0.71.2         Ce0.05       850GH761 &

13、#160; 0.020.07   1214   4245       2.83.2   1.41.9   1.41.85   3.253.65       0.01   Ce0.03   5.0   750GH907   0.010.02       37.6   0.05         0.2   1.53       0.

14、006   Co13.4,Nb4.89       650表2 常用鎳鎳變形高溫合金的牌號(hào)、化學(xué)成分及使用溫度合金牌號(hào)   化學(xué)成分/（%）   使用溫度  C   Cr   Co   W   Mo   Al   Ti   Fe   Nb   B   其他   GH3030   0.12   19.022.0             0.

15、15   0.150.35   1.0             800GH4169   0.08   17.021.0         2.83.3   0.20.8   0.651.15   17.020.0   4.755.55   0.01       -253703GH3039   0.08   19.022.0     

16、0;   1.82.3   0.350.75   0.350.37   3.0   0.91.3         850GH3044   0.1   23.526.5       13.016.0   1.5   0.5   0.30.7   4.0             900GH3128   0.05   19.022.0 

17、0;     7.59.0   7.59.0   0.40.8   0.40.8   1.0       0.005   Zr0.04 Ce0.05   950GH4033   0.06   19.022.0             0.550.95   2.22.7   1.0       0.01   Ce0.01   700750G

18、H4133   0.07   19.022.0             0.71.2   2.53.0   1.5   1.151.65   0.01       700750GH4037   0.1   13.016.0       5.07.0   2.04.0   1.72.3   1.82.3   0.5       0

19、.02   V0.010.2 Ce0.02   800850GH4049   0.07   9.511.0   1.4016.0   5.06.0   4.55.5   3.74.4   1.41.9   1.5       0.015   V0.20.5 Ce0.02   900GH141   0.060.12   18.020.0   10.012.0       9.010.5 &

20、#160; 1.41.8   3.03.5   5.0       0.0030.01       900GH151   0.050.11   9.510.0   15.016.5   6.07.5   2.53.1   5.76.2       0.7   1.952.35   0.0120.02   Zr0.030.05 Ce0.02   950GH118   0.20 &

21、#160; 14.016.0   13.515.5       3.05.0   4.55.0   3.54.5   1.0       0.010.2   Zr0.15   950GH738   0.030.1   18.021.0   12.015.0       3.55.0   1.21.6   2.753.25   2.0       0.0030

22、.03   Zr0.020.08   815GH698   0.08   13.016.0         2.83.2   1.31.7   2.352.75   2.0   1.82.2   0.005   Ce0.005   550800GH220   0.08   9.012.0   14.015.0   5.06.5   5.07.0   3.94.8   2.22.

23、9   3.0       0.02   V0.20.8   900950蠕變變形科技名詞定義中文名稱：蠕變變形 英文名稱：creep deformation 定義：在恒定溫度和低于材料屈服極限的恒定應(yīng)力下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)材料發(fā)生不可恢復(fù)的塑性變形。 應(yīng)用學(xué)科：電力（一級(jí)學(xué)科）；熱工自動(dòng)化、電廠化學(xué)與金屬（二級(jí)學(xué)科） 塑性變形科技名詞定義中文名稱：塑性變形 英文名稱：plastic deformation 定義：巖體、土體受力產(chǎn)生的、力卸除后不能恢復(fù)的那部分變形。 應(yīng)用學(xué)科：水利科技（一級(jí)學(xué)科）；巖石力學(xué)、土力學(xué)、巖土工程（二級(jí)學(xué)科）

24、；土力學(xué)（水利）（三級(jí)學(xué)科） 本內(nèi)容由全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定公布 百科名片塑性變形（Plastic Deformation），的定義是物質(zhì)-包括流體及固體在一定的條件下，在外力的作用下產(chǎn)生形變，當(dāng)施加的外力撤除或消失后該物體不能恢復(fù)原狀的一種物理現(xiàn)象。目錄介紹 機(jī)理 影響 1. 加工硬化 2. 內(nèi)應(yīng)力 3. 各向異性 4. 再結(jié)晶和回復(fù) 5. 變形量和塑性介紹 機(jī)理 影響 1. 加工硬化 2. 內(nèi)應(yīng)力 3. 各向異性 4. 再結(jié)晶和回復(fù) 5. 變形量和塑性展開(kāi)編輯本段介紹材料在外力作用下產(chǎn)生而在外力去除后不能恢復(fù)的那部分變形    塑性變形。材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)力

25、和應(yīng)變（即變形）。當(dāng)應(yīng)力未超過(guò)材料的彈性極限時(shí)，產(chǎn)生的變形在外力去除后全部消除，材料恢復(fù)原狀，這種變形是可逆的彈性變形。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)材料的彈性極限，則產(chǎn)生的變形在外力去除后不能全部恢復(fù)，而殘留一部分變形，材料不能恢復(fù)到原來(lái)的形狀，這種殘留的變形是不可逆的塑性變形。在鍛壓、軋制、拔制等加工過(guò)程中，產(chǎn)生的彈性變形比塑性變形要小得多，通常忽略不計(jì)。這類利用塑性變形而使材料成形的加工方法，統(tǒng)稱為塑性加工。 編輯本段機(jī)理固態(tài)金屬是由大量晶粒組成的多晶體，晶粒內(nèi)的原子按照體心立方、面心立方或緊密六方等方式排列成有規(guī)則的空間結(jié)構(gòu)。由于多種原因，晶粒內(nèi)的原子結(jié)構(gòu)會(huì)存在各種缺陷。原    塑性

26、變形子排列的線性參差稱為位錯(cuò)。由于位錯(cuò)的存在,晶體在受力后原子容易沿位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng),降低晶體的變形抗力。通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的傳遞，原子的排列發(fā)生滑移和孿晶（圖1）?；剖且徊糠志ЯＱ卦优帕凶罹o密的平面和方向滑動(dòng)，很多原子平面的滑移形成滑移帶，很多滑移帶集合起來(lái)就成為可見(jiàn)的變形。孿晶是晶粒一部分相對(duì)于一定的晶面沿一定方向相對(duì)移動(dòng)，這個(gè)晶面稱為孿晶面。原子移動(dòng)的距離和孿晶面的距離成正比。兩個(gè)孿晶面之間的原子排列方向改變，形成孿晶帶?；坪蛯\晶是低溫時(shí)晶粒內(nèi)塑性變形的兩種基本方式。 多晶體的晶粒邊界是相鄰晶粒原子結(jié)構(gòu)的過(guò)渡區(qū)。晶粒越細(xì)，單位體積中的晶界面積越大，有利于晶間的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。某些金屬在特定的細(xì)晶結(jié)

27、構(gòu)條件下，通過(guò)晶粒邊界變形可以發(fā)生高達(dá) 3003000的延伸率而不破裂。 編輯本段影響金屬在室溫下的塑性變形，對(duì)金屬的組織和性能影響很大，常會(huì)出現(xiàn)加工硬化、內(nèi)應(yīng)力和各向異性等現(xiàn)象。 加工硬化塑性變形引起位錯(cuò)增殖，位錯(cuò)密度增加，不同方向的位錯(cuò)發(fā)    塑性變形力學(xué)原理生交割，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)受到阻礙，使金屬產(chǎn)生加工硬化。加工硬化能提高金屬的硬度、強(qiáng)度和變形抗力，同時(shí)降低塑性，使以后的冷態(tài)變形困難。 內(nèi)應(yīng)力塑性變形在金屬體內(nèi)的分布是不均勻的，所以外力去除后，各部分的彈性恢復(fù)也不會(huì)完全一樣，這就使金屬體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互平衡的內(nèi)應(yīng)力，即殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力降低零件的尺寸穩(wěn)定性，增大應(yīng)力

28、腐蝕的傾向。 各向異性金屬經(jīng)冷態(tài)塑性變形后，晶粒內(nèi)部出現(xiàn)滑移帶或?qū)\晶帶。各晶粒還沿變形方向伸長(zhǎng)和扭曲。當(dāng)變形量很大(如70或更大)而且是沿著一個(gè)方向時(shí)，晶粒內(nèi)原子排列的位向趨向一致，同時(shí)金屬內(nèi)部存在的夾雜物也被沿變形方向拉長(zhǎng)形成纖維組織，使金屬產(chǎn)生各向異性。沿變形方向的強(qiáng)度、塑性和韌性都比橫向的高。當(dāng)金屬在熱態(tài)下變形，由于發(fā)生了再結(jié)晶，晶粒的取向會(huì)不同程度地偏離變形方向，但夾雜物拉長(zhǎng)形成的纖維方向不變，金屬仍有各向異性。 再結(jié)晶和回復(fù)經(jīng)過(guò)冷變形的金屬，如加熱到一定溫度并保持一定的時(shí)間，原子的激活能增加到足夠的活動(dòng)力時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)新的晶核，并成長(zhǎng)為新的晶粒，這種現(xiàn)象稱為再結(jié)晶。經(jīng)過(guò)再結(jié)晶處理后，冷

29、變形引起的晶?；円约坝纱艘鸬募庸び不?、殘余應(yīng)力等都會(huì)完全消除。 再結(jié)晶溫度 通常以經(jīng)一小時(shí)保溫完成再結(jié)晶的溫度為金屬的再結(jié)晶溫度。各種金屬的再結(jié)晶溫度，按絕對(duì)溫度(K)計(jì)大約相當(dāng)于該金屬熔點(diǎn)的4050。 低碳鋼的再結(jié)晶溫度約460。當(dāng)變形程度較小時(shí),在再結(jié)晶過(guò)程中，尤其是當(dāng)溫度偏高時(shí)，再結(jié)晶的晶粒特別粗大。因此如要晶粒細(xì)小，金屬材料在再結(jié)晶處理前會(huì)有較大的變形量。 再結(jié)晶溫度對(duì)金屬材料的塑性加工非常重要。在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性加工和變形稱為熱加工和熱變形；在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性加工和變形稱為冷加工和冷變形。熱變形時(shí)，金屬材料在變形過(guò)程中不斷地發(fā)生再結(jié)晶，不引起加工硬化，假如緩慢地冷卻，也不出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力。 回復(fù) 冷變形后的金屬，當(dāng)加熱到稍低于再結(jié)晶溫度時(shí)，通過(guò)原子的擴(kuò)散會(huì)減少晶體的缺陷，降低晶體的畸變能，從而減小內(nèi)應(yīng)力；但是不出現(xiàn)新的晶粒，金屬仍保留加工硬化和各向異性，這就是金屬的回復(fù)。這樣的熱處理稱為去應(yīng)力退火。 變形量和塑性塑性變形變形量的大小，常依變形方式的不同用不同的指標(biāo)來(lái)表示。有的用坯料變形前后截面積的變化