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：2006/5/1621:27【去論壇討論】因?yàn)橛斜砀?，故看起來較亂，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)展起來的一種金屬材料，它可在6001100°C的高溫氧化和燃?xì)飧g條件下，承受復(fù)雜應(yīng)力，并長期可靠地工作。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)國家，如美國，航空航天用高溫合金占其總用量的85%左右。高溫合金

2、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)定性常用稱重法來評定，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、長期載荷作用下，材料抵抗斷裂的能力；高溫瞬時(shí)強(qiáng)度（ob和o0.2）表征高溫下材料在瞬時(shí)過載時(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

3、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鉆基變形高溫合金，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、渦輪盤等。我國的新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，變形高溫合金的牌號(hào)以漢語拼音字母“GH”后接四位阿拉伯?dāng)?shù)字

4、來表示。“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。我國于20世紀(jì)50年代開始研制高溫合金，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，見表1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

5、形合金，如GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH151、GH143、GH2130、GH2302、GH738、GH118、GH220、GH710等。渦輪盤材料大多采用決鎳基沉淀強(qiáng)化合金（750C以下），如溫度更高，則采用鎳基合金或粉末渦輪盤材料。渦輪盤常用合金有GH2036、GH4033、GH2132、GH2135、GH901、GH4133、GH761、GH698、GH710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CCrNiMnWMoAlTiVB其他Al+Ti+Nb°CGH1015W0.0819223439W1.54.

6、85.82.53.2<0.01Nb1.11.61.6950GH1016W0.0819223236W1.8562.63.30.1 0.3W0.01Nb0.91.41.4950GH1040W0.121517.52427125.57.5Nb0.10.2600GH20360.340.411.513.5797.58.51.11.4W0.121.251.55Nb0.250.51.4650GH2132W0.0813.51624271211.5W0.41.752.3 1.251.550.0010.012.2700GH2136W0.06131624.528.5W0.351.01.75W0.352.4 3.

7、20.010.10.0050.0253.0700GH2135W0.0614163336W0.41.72.21.72.22.02.82.12.5W0.015CeW0.034.7700750GH9010.020.0611144045W0.456.5W0.32.83.10.0010.023.2750GH2130W0.812163540W0.556.51.42.22.43.2 W0.02CeW0.024.6800GH2302W0.0812163842W0.63.54.51.22.51.82.3 2.32.8W0.01ZrW0.054.6800GH11400.060.12202335400.70.41.

8、82.02.50.2 0.60.71.2CeW0.05850GH7610.020.07121442452.83.21.41.91.41.853.253.65W0.01CeW0.035.0750GH9070.010.0237.60.05<0.21.530.006Co13.4,Nb4.89650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CCrGH3030CoW<0.12800MoAlTiFeNbB其他°C19.022.0<0.150.150.35<1.0GH4169<0.0817.021.02.83.30.20.80.

9、651.1517.020.04.755.55<0.01-253703GH3039<0.0819.022.01.82.30.350.750.350.37<3.00.91.3850GH3044<0.123.526.513.016.0<1.5<0.50.30.7<4.0900GH3128<0.0519.022.07.59.07.59.00.40.80.40.8W1.00.005Zr0.04Ce0.05950GH4033<0.0619.022.00.550.952.22.7<1.0<0.01Ce<0.01700750GH4133&

10、lt;0.0719.022.00.71.22.53.0<1.51.151.65<0.01700750GH4037<0.113.016.05.07.02.04.01.72.31.82.3 <0.5<0.02V0.010.2Ce0.02800850GH4049<0.079.511.041.41.9<1.51.4 016.05.06.04.55.53.74.0.015V0.20.5Ce0.02900GH1410.060.123.03.5<5.09.010.51.41.818.020.010.012.00.0030.01900GH1510.050.117

11、6.20.79.5 10.015.016.56.07.52.53.15.1.952.350.0120.02Zr0.030.05Ce0.02950GH118<0.2014.016.013.515.53.05.04.55.03.54.5<1.00.010.2Zr<0.15950GH7380.030.118.021.012.015.03.55.01.21.62.753.25<2.00.0030.03Zr0.020.08815GH698<0.0813.016.02.83.21.31.72.352.75<2.01.82.2<0.005CeW0.005550800

12、GH220<0.089.012.014.015.05.06.55.07.03.94.82.22.9<3.0<0.02V0.20.8900950蠕變變形弦越科技名詞定義中文名稱：蠕變變形英文名稱：creepdeformation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Q©科技名詞定義中文名稱：塑性變形英文名稱：plasticdeformation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

13、力學(xué)、巖土工程（二級(jí)學(xué)科）土力學(xué)（水利）（三級(jí)學(xué)科）本內(nèi)容由全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定公布百科名片塑性變形（PlasticDeformation），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。介紹機(jī)理影響介紹機(jī)理影響展開©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rra枝電塑性變形。材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變（即變形）。當(dāng)應(yīng)力未超過材料的彈性極限時(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)力超過材料的彈性極限，則產(chǎn)生的變形在外力去除后不

14、能全部恢復(fù)，而殘留一部分變形，材料不能恢復(fù)到原來的形狀，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。原塑性變形日3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）。滑移是一部分晶粒沿原子排列最緊密的平面和方向滑

15、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就成為可見的變形。孿晶是晶粒一部分相對于一定的晶面沿一定方向相對移動(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)構(gòu)條件下，通過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)

16、增殖，位錯(cuò)密度增加，不同方向的位錯(cuò)發(fā)fa屮出怎塑性變形力學(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形成

17、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，并成長為新的晶粒，這種現(xiàn)象稱為再結(jié)晶。經(jīng)過再結(jié)晶處理后，冷變形引起的晶?；円约坝纱艘鸬募庸び不堄鄳?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

18、°C。當(dāng)變形程度較小時(shí)，在再結(jié)晶過程中，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)

19、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)來表示。有的用坯料變形前后截面積的變化表示，有的用某一方向長度的變化表示，扭轉(zhuǎn)時(shí)用轉(zhuǎn)角的大小表示。鐓粗和壓縮的變形量在工程上常用壓縮率表示。如坯料原始高H0,鐓粗后高H1（圖2）,則壓下量!=H0H1，壓縮率為公式1金屬在鍛壓過程中所能承受的變形量有一定的限值。金屬能承受較大的變形量而不破裂的性能稱為塑性。金屬的塑性可由實(shí)驗(yàn)測定（見鍛造性能試驗(yàn)）。金屬塑性的好壞與化學(xué)成分、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、變形溫度和速度、變形方式等因素有關(guān)。純金屬和合金元素低的金屬（如鋁、紫銅、低碳鋼等）塑性好，高合金和含雜質(zhì)多的金屬塑性差。一般金屬在低溫時(shí)塑性差，高溫時(shí)塑性好。金屬的塑性還與變形方式有關(guān)，例如在自由鍛鐓粗時(shí)，坯料的周圍向外凸出，材料受拉應(yīng)力