第三章高温金属结构材料.ppt

国外单晶合金的发展： 起步：1975年，Jackson研究M－M200合金，确定γ’合金化的基本思路是提高合金初熔温度和增加合金中γ’相的体积百分数。 第一代：PWA1480，去除了晶界强化元素，增加了大量的高熔点元素Ta等，因而提高了合金的初熔温度和蠕变强度。 之后，美国Canon等公司及英国罗.罗公司，CMSX－2、Rene’N4、SR99，1040℃ 第六十一页，共一百零九页，2022年，8月28日 第二代：PWA1484，加入了3％左右的铼，进行γ基体固溶强化，阻止γ’粗化。1070 ℃。还有PWA1487、CMSX－4、Rene’N5。 第三代：Rene’N6和CMSX－10为代表，1100 ℃。 成分特点： 一是铼含量提高到6％，抑制了强化相的粗化，起到强化γ’相的作用； 二是难熔合金元素总量高达20％以上，进一步提高高温蠕变强度。 第六十二页，共一百零九页，2022年，8月28日 国内单晶高温合金的发展 DZ4－－我国第一个用于现役发动机投入航线使用的定向单晶高温合金。 DD3－－我国第一个用于航空发动机的单晶合金。 IC－6－－我国第一个进入工程化应用阶段的金属间化合物基定向凝固高温合金 DZ38G和DD8也是我国研制的定向合金和单晶合金，抗腐蚀性好。 第六十三页，共一百零九页，2022年，8月28日 定向共晶自生技术 定向共晶高温合金：定向凝固条件下，合金与纤维或层片状强化相从合金熔体中同时生长并在凝固后保持规则排列的合金。又称“原生复合材料”。 基体相：镍基或钴基合金 强化相：TaC、NbC、Cr3C2等碳化物纤维，α－Mo纤维及Ni3Nb层片。 使用温度：高出高温合金10～110℃。 第六十四页，共一百零九页，2022年，8月28日 合金超纯化 采用先进熔炼工艺。高温合金主要采用真空感应、电渣、电弧重熔的3次熔炼工艺；钛合金主要采用电子束和等离子束冷膛熔炼，然后采用真空电弧重熔。 第六十五页，共一百零九页，2022年，8月28日 3.4.3 粉末冶金高温合金 粉末冶金法的优点： 可获得近终形零部件 容许提高合金元素的含量，导致较高的强度 可使合金具有均匀的显微组织和化学成分，避免宏观偏析及锭、坯开裂的危险。 需要注意的问题： 粉末的洁净度 控制粒度分布范围 采用新的成型技术 第六十六页，共一百零九页，2022年，8月28日 第六十七页，共一百零九页，2022年，8月28日 PM＋HIP工艺： 优点：可获得近终形制品，高强度和长蠕变寿命。 确定：低周疲劳性差。 取代工艺：粉末加热挤压和等温锻。 产品：Rene’88DT，U－720 第六十八页，共一百零九页，2022年，8月28日 美国的粉冶高温合金 PrattWhitney公司： 1972年，IN100合金 1976年，Astroloy合金 80年代初，MERL76合金涡轮盘 GE公司： 1972年，Rene’95合金盘件 1978年，F404发动机的压气机盘、涡轮盘和涡轮轴。 1983～1988年，Rene’88DT合金。 第六十九页，共一百零九页，2022年，8月28日 俄罗斯的粉冶合金 ЭП741 ЭП962 ЭП975 第七十页，共一百零九页，2022年，8月28日 双性能粉末盘 轮缘部分为粗晶，有利于提高抗蠕变性能 轮心为细晶，有利于提高强度及疲劳性能 第七十一页，共一百零九页，2022年，8月28日 制粉工艺：氩气雾化法和旋转电极法。 第七十二页，共一百零九页，2022年，8月28日 我国的粉冶合金及其工艺研究 FGH100（In－100） FGH95（Rene’95） 1984年，模锻出φ420mm的全尺寸涡轮盘。 成型方法：热等静压、热等静压＋等温锻造、热挤压＋等温锻造三种成型工艺 第七十三页，共一百零九页，2022年，8月28日 三种工艺组织上的差别： 热等静压：存在大量的枝晶组织和原始颗粒边界，没有明显的塑性变形； 经过锻造：大多数枝晶组织和原始颗粒边界已破碎，少量保留下来； 挤压材料：由于粉末颗粒受到了强烈的剪切变形，是完全再结晶的细晶组织，已观察不到枝晶组织和原始颗粒边界。 反映在断口组织上，热等静压材料是沿原始颗粒边界断裂的，为脆性断裂，而经过锻造或热挤压的材料是穿晶断裂，呈韧窝状，为韧性断裂。 第七十四页，共一百零九页，2022年，8月28日 3.4.3弥散强化高温合金 弥散强化：将超细粉、稳定的第二相质点十分均匀地引入合金中使其强化。 弥散强化高温合金：在高温合金中引人超细氧化物质点，使其在更高的温度下仍维持较高的强度，使用温度可提高150℃的超强高温材料。 弥散强化工艺：机械合金化（MA）－－将两种以上的金属粉末或金属粉末与中间合金