高溫合金(High-temperaturealloy)1高溫合金的定義和發(fā)展高溫合金的特性、分類及牌號高溫合金的高溫性能要求高溫合金的強(qiáng)化高溫合金的應(yīng)用目錄21.高溫合金的定義和發(fā)展

高溫合金是指能在600~1200℃高溫下仍能保持按設(shè)計(jì)要求正常工作的金屬材料。

高溫合金的發(fā)展過程3高溫合金概述國外高溫合金發(fā)展?fàn)顩r1929年：英美Meriea、Bedford和Pilling將少量的Ti和Al加入到80Ni-20Cr電工合金，蠕變顯著強(qiáng)化。1932年：美國Halliwell開發(fā)了含鋁、鈦的彌散強(qiáng)化型鎳基合金K42B，用以制造活塞式航空發(fā)動機(jī)的增壓渦輪。1937年：德Hansvonohain渦輪噴氣發(fā)動機(jī)Heinkel問世。1939年：英研制出Whittle渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。1939年：英Mond鎳公司(國際鎳公司)研制出鎳基合金Nimonic75，準(zhǔn)備用作Whittle發(fā)動機(jī)渦輪葉片，后為Nimonic80取代，其含鋁、鈦，蠕變性能比Nimonic75高50℃。

41941年：美國開始發(fā)展航空燃?xì)鉁u輪。1942年：Nimonic80用作渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的葉片，成為最早的Ni3(A1，Ti)強(qiáng)化的渦輪葉片材料。此后，該公司在合金中加入硼、鋯、鈷、鉬等合金元素，相繼開發(fā)了Nimonic80A、Nimonic90等合金，形成Nimonic合金系列。1942年：HastelloyB鎳基合金用于GE公司的Bellp-59噴氣發(fā)動機(jī)及其后的I-40噴氣發(fā)動機(jī)。1944年：西屋公司的YanKee19A發(fā)動機(jī)采用鈷基合金HS23精密鑄造葉片。1950年美國出兵朝鮮，由于鈷的資源短缺，鎳基合金得到發(fā)展并被廣泛用作渦輪葉片。美國的PW公司、GE公司和特殊金屬公司分別開發(fā)出了Waspalloy、M-252和Udmit500等合金。并在這些合金發(fā)展基礎(chǔ)上，形成了Inconel、Mar-M和Udmit等牌號系列。5

制造工藝對高溫合金的發(fā)展起著極大的推進(jìn)作用。二十世紀(jì)40年代～50年代中期：通過合金成分的調(diào)整來提高合金的性能。二十世紀(jì)40年代：出現(xiàn)了真空熔煉技術(shù)，去除合金中有害雜質(zhì)和氣體，精確控制合金成分，如Mar-M200、In100和B1900等高性能的鑄造高溫合金。二十世紀(jì)60年代：定向凝固、單晶合金、粉末冶金、機(jī)械合金化、陶瓷過濾、等溫鍛造等新型工藝的研究開發(fā)。其中定向凝固工藝所起的作用尤為重要，采用定向凝固工藝制出的單晶合金，其使用溫度接近合金熔點(diǎn)的90％，至今，各國先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)無不采用單晶高溫合金渦輪葉片。6我國高溫合金發(fā)展歷程1956年：正式開始研制生產(chǎn)高溫合金，第一種高溫合金是GH3030，用作WP－5火焰筒（殲-5），由撫順鋼廠、鞍山鋼鐵公司、冶金部鋼鐵研究總院、航空材料研究所和410廠共同試制1957年：通過長期試車后投入生產(chǎn)。1957年底，繼GH3030合金之后，WP－5發(fā)動機(jī)用的GH4033(DH437B)、K412合金相繼試制成功。1960年代初：先后研制成功GH4037、GH3039、GH3044、GH4049、GH3128、K417等高溫合金770年代初：高溫合金的生產(chǎn)試制和研究已初具規(guī)模，通過仿制、消化和發(fā)展蘇聯(lián)高溫合金為主體的合金及其工藝，質(zhì)量達(dá)到或超過蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)物水平。我國資源缺鎳少鈷，鐵基高溫合金的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用成為六七十年代的主線。至70年代初，研制生產(chǎn)的鐵基高溫合金牌號達(dá)33個，其中我國獨(dú)創(chuàng)的達(dá)18種之多。大量應(yīng)用至今的有GHll40、GH2135、GH35A和K213等4種合金。70年代后：引進(jìn)歐美發(fā)動機(jī)WS-8、WS-9、WZ-6、WZ-8，并研制生產(chǎn)WP－13等發(fā)動機(jī)，引進(jìn)和試制了一批歐美體系的高溫合金，使我國高溫合金生產(chǎn)水平接近西方工業(yè)國家的水平。自行研究和開發(fā)了一批新的鎳基合金，如GH4133、GH4133B、GH3128、GHl70、K405、K423A、K419等。840多年來：研究、試制和生產(chǎn)了100多種高溫合金，總計(jì)產(chǎn)量達(dá)6萬t左右。生產(chǎn)高溫合金的裝備：大型真空感應(yīng)爐、不同容量的電渣爐、1～7t大型真空電弧爐、200kg真空電子束爐以及大型快鍛、精鍛機(jī)、擠壓機(jī)、水壓機(jī)等設(shè)備。國際公認(rèn)的工藝技術(shù)：低偏析新技術(shù)和加鎂微合金化技術(shù)。通過低偏析技術(shù)，控制雜質(zhì)元素磷、硫、硅等的低含量，創(chuàng)制了一系列低偏析合金，其承溫能力比原型合金高20℃～25℃。在國外加Mg凈化材質(zhì)和改善熱加工性能基礎(chǔ)上，我國七八十年代進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Mg的偏聚晶界、改變晶界行為可顯著提高合金的持久強(qiáng)度和塑性等性能。1964年開始，高溫合金應(yīng)用于民用工業(yè)部門，如柴油機(jī)增壓渦輪、地面燃?xì)廨啓C(jī)、煙氣輪機(jī)、核反應(yīng)堆燃料空位格架等。在民用工業(yè)的推廣應(yīng)用中，除傳統(tǒng)的高溫高強(qiáng)度的高溫合金外，還相繼開發(fā)出一批高溫耐磨和高溫耐蝕的高溫合金。92.高溫合金的特性、分類及牌號

耐熱合金和高溫合金的分類在高溫下合金能具有較高的強(qiáng)度，良好的疲勞性能、斷裂韌度，以及強(qiáng)的抗氧化和抗熱腐蝕性能，并保持良好的組織穩(wěn)定性和可靠的使用性能等綜合性能。10(1)鐵基（鐵鎳基）高溫合金鐵基高溫合金由奧氏體不銹鋼發(fā)展而來，在18-8型不銹鋼中加入鉬、鈮、鈦等合金元素，使其在500~700℃溫度下的持久強(qiáng)度提高。優(yōu)點(diǎn)：成本低，可用于制作一些使用溫度較低的航空發(fā)動機(jī)和工業(yè)燃?xì)鈾C(jī)上的渦輪盤、導(dǎo)向葉片，以及一些承力件、緊固件等。缺點(diǎn)：鐵基高溫合金由于沉淀硬化型的組織不穩(wěn)定，抗氧化性差，高溫強(qiáng)度不夠，僅可使用于800℃，(2)鎳基高溫合金以鎳為基體，wNi>50%，可在700~1000℃溫度范圍內(nèi)使用。優(yōu)點(diǎn)：鎳基高溫合金可溶解較多的元素，具有較好的組織穩(wěn)定性，高溫強(qiáng)度較高，比鐵基高溫合金有更好的抗氧化性和抗腐蝕性。11(3)鈷基高溫合金wCo在40％~60％的奧氏體高溫合金，工作溫度可達(dá)730~1100℃。優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)溫度高于980℃時，其強(qiáng)度很高，抗熱疲勞、熱腐蝕和耐磨腐蝕性都很佳，適合于航空發(fā)動機(jī)，工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)，艦船燃?xì)廨啓C(jī)的導(dǎo)向葉片和噴嘴導(dǎo)向葉片以及柴油機(jī)的噴嘴等。缺點(diǎn)：一般鈷基高溫合金含wNi=10%~22%和wCr

=20%~30%，以及鎢、鉬、鉭、鈮等固溶強(qiáng)化和碳化物形成元素，其含碳量較高，是以碳化物為主要強(qiáng)化相的高溫合金，缺少共格類的強(qiáng)化相，中溫強(qiáng)度不如鎳基高溫合金。鈷是重要的戰(zhàn)略物質(zhì)，大多數(shù)國家缺乏，因此發(fā)展受到嚴(yán)重限制。12我國高溫合金：漢語拼音字母＋成形方式＋強(qiáng)化類型與基體組元變形高溫合金：“GH＋4位阿拉伯?dāng)?shù)字”“G”、“H”分別為“高”、“合”漢語拼音的第一個字母“GH”后的第一位數(shù)字為分類號：l和2——鐵基或鐵鎳基高溫合金3和4——鎳基合金5和6——鈷基合金1、3和5——固溶強(qiáng)化型2、4和6——時效沉淀強(qiáng)化型“GH”后的第2、3、4位數(shù)字則表示合金的編號。GH4169：時效沉淀強(qiáng)化型鎳基高溫合金，編號169鑄造高溫合金：“K＋3位阿拉伯?dāng)?shù)字”?！癒”后第1位數(shù)字表示分類號，其含義與變形合金相同2、3位數(shù)字——合金編號。K418：時效沉淀強(qiáng)化型鎳基鑄造高溫合金，編號1813粉末高溫合金：“FGH”后跟阿拉伯?dāng)?shù)字表示焊接用的高溫合金絲：“HGH”后跟阿拉伯?dāng)?shù)字MGH——機(jī)械合金化粉末高溫合金DK——定向凝固高溫合金DD——單晶鑄造高溫合金70年代以前，我國高溫合金牌號簡單，變形高溫合金只有3位數(shù)字編號，鑄造高溫合金只有2位數(shù)字編號，即省略了前綴后的表示基體類別和強(qiáng)化型類別的第一位數(shù)字，如“K17”，即現(xiàn)在的“K417”，“GH39”即為現(xiàn)在的“GH3039”143.高溫合金的高溫性能要求高溫合金工作在600~1200℃，高溫性能要求：⑴高溫下的力學(xué)性能；⑵高溫下的抗腐蝕性能。(1)高溫下的力學(xué)性能

①持久強(qiáng)度指合金在一定溫度、一定時間下的斷裂強(qiáng)度。要求獲得此條件下的最大強(qiáng)度，以表示。其中A，B為材料常數(shù)，為時間(h)，是應(yīng)力(MPa)。持久強(qiáng)度與溫度梯度和波動，材料的缺口和應(yīng)力集中等因素有關(guān)。

②熱疲勞隨熱循環(huán)應(yīng)力增加，循環(huán)溫度或平均溫度的增加而下降；循環(huán)頻率增加，熱疲勞強(qiáng)度增加。應(yīng)力集中也會降低金屬熱疲勞強(qiáng)度。

③松弛零部件在長期應(yīng)力作用下，其總變形不變，零部件所受的應(yīng)力隨時間的增加而自發(fā)地逐漸降低的現(xiàn)象。此為為高溫下合金內(nèi)部組織不穩(wěn)定引起。15④蠕變指溫度高于0.5T熔點(diǎn)下，材料承受遠(yuǎn)低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力時，隨著時間的持續(xù)增加而產(chǎn)生的緩慢塑性變形的現(xiàn)象。典型的蠕變曲線見如圖所示，根據(jù)變形速率隨時間的變化，蠕變曲線可分為三個階段。

第一階段，即蠕變的減速階段。隨時間的增加，形變量增加，變形速率降低，見右圖的AB段。

第二階段，即恒定蠕變階段。此時蠕變變形速率隨加載時間的延長而保持不變，如BC段。

第三階段，蠕變的加速階段。蠕變形變速率顯著增加，當(dāng)達(dá)圖中D點(diǎn)時，材料斷裂，溫度越高，承受力越大，蠕變斷裂時間越短。

典型的蠕變曲線16(2)抗腐蝕性提高抗氧化、硫化、氮化、碳化、熱腐蝕性，可采用在合金中加入其它元素，或在合金表面涂層的方法，如在合金的表面滲鋁、滲硅或鉻鋁、鉻硅共滲，陶瓷涂層等。

提高位錯在滑移面上運(yùn)動的阻力，減緩位錯擴(kuò)散型運(yùn)動過程，改善晶界結(jié)構(gòu)狀態(tài)，以增加晶界強(qiáng)化作用，或消除晶界在高溫時的薄弱環(huán)節(jié)，以提高高溫合金高溫力學(xué)性能。17鎳基高溫合金應(yīng)用廣泛，鐵基高溫合金和鈷基高溫合金也有一定的應(yīng)用。所有高溫合金都含有多種合金元素，有時多達(dá)幾十種。這些合金元素將產(chǎn)生合金強(qiáng)化。合金強(qiáng)化：加入的多種合金元素與基體元素(鎳、鐵或鈷)產(chǎn)生作用，從而產(chǎn)生強(qiáng)化效應(yīng)：固溶強(qiáng)化第二相強(qiáng)化(沉淀析出強(qiáng)化和彌散相強(qiáng)化)晶界強(qiáng)化工藝強(qiáng)化：采用新工藝，或者改善冶煉、凝固結(jié)晶、熱加工、熱處理及表面處理等環(huán)節(jié)從而改善合金組織結(jié)構(gòu)而強(qiáng)化。

高溫合金強(qiáng)化=合金強(qiáng)化+工藝強(qiáng)化4.高溫合金的強(qiáng)化18基體元素的作用鎳、鐵、鈷基三類高溫合金的合金強(qiáng)化特點(diǎn)：(1)鎳為面心立方結(jié)構(gòu)，沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；鐵、鈷僅在高溫下為面心立方奧氏體結(jié)構(gòu)，因此，鐵基和鈷基合金中須加入擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的合金元素。(2)鎳化學(xué)穩(wěn)定性較高，鈷和鐵抗氧化性低于鎳，但鈷抗熱腐蝕能力比鎳強(qiáng)；加鉻可顯著改善鎳基合金的抗氧性和鈷基合金的抗熱腐蝕性。(3)鎳的相穩(wěn)定性最好，鎳或鎳鉻基體可固溶更多的合金元素而不生成有害的相；鐵的相穩(wěn)定性最差，鐵或鐵鉻鎳基體只能固溶較少的合金元素，有強(qiáng)烈的析出各種有害相的傾向。(4)鐵的密度最小，但膨脹系數(shù)最大，導(dǎo)熱能力較好；鈷與鎳比較，其導(dǎo)熱性較好，膨脹系數(shù)較低，所以其熱疲勞性能較優(yōu)。鎳是一種最佳的基體金屬，使得鎳基高溫合金成為最佳的高溫合金系列。鈷基合金耐熱腐蝕及耐熱疲勞性能高，可以發(fā)揮其優(yōu)勢，有較長的使用壽命，適用于高溫低應(yīng)力下長期使用的靜態(tài)部件。鐵基合金的使用溫度范圍較鎳基和鈷基低。19高溫合金的固溶強(qiáng)化從物理本質(zhì)分析，奧氏體固溶強(qiáng)化與下列因素相關(guān)：(1)溶劑原子與溶質(zhì)原子大小不同引起的畸變彈性應(yīng)力場的作用。(2)溶劑和溶質(zhì)原子的彈性模量差別而產(chǎn)生的強(qiáng)化效應(yīng)。(3)靜電交互作用引起的非均勻分布固溶強(qiáng)化。(4)化學(xué)交互作用引起的非均勻分布固溶強(qiáng)化。(5)短程有序原子分布引起的固溶強(qiáng)化。高溫合金的第二相強(qiáng)化

高溫合金第二相強(qiáng)化分為時效析出沉淀強(qiáng)化、鑄造第二相骨架強(qiáng)化和彌散質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)化等。時效沉淀強(qiáng)化主要是γ′(Ni3A1Ti)，γ′′(NixNb)或碳化物的時效沉淀強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化主要是氧化物質(zhì)點(diǎn)或其他化合物質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)化。鈷基鑄造合金常有碳化物骨架強(qiáng)化。20高溫合金的晶界強(qiáng)化

高溫形變時晶界區(qū)原子排列規(guī)則性被破壞，存在各種晶體缺陷。因此晶界在低溫形變條件下是位錯運(yùn)動的阻礙，產(chǎn)生細(xì)化強(qiáng)化。但當(dāng)溫度升高和應(yīng)變速率降低時，晶界對位錯運(yùn)動的阻礙作用降低，晶界區(qū)的積塞位錯易與晶界缺陷產(chǎn)生交互作用而消失，并產(chǎn)生晶界滑動及遷移。晶界滑動是晶界直接參與形變，有時晶界形變量可占總形變量的50%以上。這樣，高溫形變條件下晶界就成為薄弱環(huán)節(jié)。所以晶界強(qiáng)化是高溫合金的基本問題。強(qiáng)化晶界的方法：提高合金尤其是晶界的純潔度，并對晶界微合金化控制晶界尺寸、形狀和位向鎂的晶界強(qiáng)化作用機(jī)制：1)鎂強(qiáng)烈平衡偏析于晶界及相界。2)鎂改善晶界第二相形態(tài)。3鎂強(qiáng)烈提高晶界的性能。

21晶界控制晶粒大小及其與部件厚度比對力學(xué)性能有重要影響。大晶粒材料一般有較高的持久強(qiáng)度與蠕變強(qiáng)度，較小的蠕變速率。小晶粒材料卻表現(xiàn)出有較高的抗拉強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度。在高溫靜態(tài)下工作的材料晶?？梢钥刂频么笠恍瑢τ谠谥袦貏討B(tài)下工作的材料晶粒則應(yīng)小些。晶界的平直與彎曲對蠕變性能有重要的影響。晶界彎曲阻礙晶界滑動及楔形晶界裂紋的形成，阻止沿晶裂紋(孔洞)的連接。消除橫向(與外應(yīng)力垂直方向)晶界可有效提高高溫強(qiáng)度。橫向晶界，甚至樹枝晶界，總是裂紋優(yōu)先形核與擴(kuò)展的地點(diǎn)。所以消滅橫向晶界將會推遲蠕變裂紋的形成與擴(kuò)展。進(jìn)一步消滅晶界得到單晶合金，則性能又進(jìn)一步提高。22高溫合金的強(qiáng)化工藝途徑形變熱處理強(qiáng)化：將形變與熱處理結(jié)合起來優(yōu)化合金的組織結(jié)構(gòu)、提高合金強(qiáng)度的工藝。除了傳統(tǒng)的冷加工強(qiáng)化以外，高溫合金常采用中溫形變熱處理與高溫形變熱處理(或直接時效工藝)。中溫形變熱處理：是在低于再結(jié)晶溫度下進(jìn)行適當(dāng)?shù)男巫?，以后再時效處理或恢復(fù)去應(yīng)力處理。中溫形變造成微觀組織與結(jié)構(gòu)不均勻性，促進(jìn)晶內(nèi)均勻細(xì)小析出，有利于碳化物等第二相在位錯等缺陷處析出及減小橫向晶界的作用(晶粒拉長)，從而提高合金強(qiáng)度。高溫形變熱處理：在再結(jié)晶溫度并進(jìn)行熱加工。結(jié)合晶界相的控制優(yōu)化晶界組織，控制合適的晶粒大小及晶界形狀，也有利于以后進(jìn)行直接時效處理(沒有固溶處理)時均勻細(xì)小析出，強(qiáng)化析出相與位錯的交互作用，從而提高強(qiáng)度。23復(fù)相組織強(qiáng)化復(fù)相組織是指尺度相差不多的兩個相的混合組織，如定向共晶組織和纖維強(qiáng)化高溫合金的組織復(fù)相組織的性能與兩個組成相都有關(guān)。單晶體位向與織構(gòu)控制單晶體的位向?qū)?qiáng)度有重大影響。一般說[001]方向是強(qiáng)度高的方向，[111]及[011]方向次之?？焖倌坦に嚳焖倌虠l件下合金組織細(xì)化，偏析降低，固溶體基體過飽和度和缺陷增加，從而達(dá)到改善合金的組織。245.高溫合金的應(yīng)用(1)航空發(fā)動機(jī)1)燃燒室部分壓縮空氣與燃料混合，在燃燒室燃燒，所產(chǎn)生的燃?xì)鉁囟仍?500~2000℃之間。其余的壓縮空氣在燃燒室周圍流動，穿過室壁的槽孔使室壁保持冷卻。燃燒筒合金材料承受溫度可達(dá)800~900℃以上，局部可達(dá)1100℃。冷卻空氣與燃燒的氣體混合，使燃?xì)鉁囟冉档?370℃以下?？梢姡紵冶诔芨邷赝?，還承受由于內(nèi)外壁溫度不同引起的熱應(yīng)力作用。特別是在起飛、加速和停車時，溫度變化更為急劇。由于周期循環(huán)加熱冷卻，熱應(yīng)力可達(dá)很大值，冷卻孔更易破壞、燃燒室常出現(xiàn)變形、翹曲、邊緣熱疲勞裂紋等。2)導(dǎo)向葉片導(dǎo)向葉片是調(diào)整從燃燒室出來的燃?xì)饬鲃臃较虻牟考?。先進(jìn)渦輪發(fā)動機(jī)導(dǎo)向葉片工作溫度可高達(dá)1100℃，但葉片承受的應(yīng)力比較低，一般在70MPa以下。對材料要求是：高溫強(qiáng)度好，熱疲勞抗力佳，抗氧化、耐蝕性優(yōu)異，并具有一定的抗沖擊強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性。253)動葉片動葉片是渦較發(fā)動機(jī)中工作條件最惡劣的部件。先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的燃?xì)膺M(jìn)口溫度已達(dá)1380℃，推力達(dá)226kN。渦輪葉片承受氣動力和離心力的作用，葉身部分承受拉應(yīng)力大約140MPa；葉根部分承受平均應(yīng)力為280~560MPa，相應(yīng)的葉身承受溫度為650~980℃，葉根部分約為760℃。因此，動葉片材料要具有足夠的高溫拉伸強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度，要有良好的疲勞強(qiáng)度及抗氧化、耐燃?xì)飧g性能和適當(dāng)?shù)乃苄?。此外，還要求長期組織穩(wěn)定性、良好的抗沖擊強(qiáng)度，可鑄性及較低的密度。4)渦輪盤航空發(fā)動機(jī)渦輪盤工作溫度在760℃左右，輪緣部分可達(dá)此溫度，而徑向盤心溫度逐漸降低，一般在300℃左右。輪盤正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，盤子帶著葉片、高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生很大的離心力。停車、起動反復(fù)進(jìn)行，形成周期疲勞。26(2)火箭發(fā)動機(jī)

下圖是液體燃料火箭發(fā)動機(jī)示意圖。透平泵機(jī)組的氣體發(fā)生器處于約1050℃的溫度下，由噴嘴中噴出的氣體的速度約為2500m/s。氣體靠近嘴壁處的溫度約為1350℃。對沒有特殊防護(hù)的一般金屬只能做短時忍耐。液體燃料火箭發(fā)動機(jī)示意圖1-噴嘴2-燃燒室3-混合帶4-噴射器5-主氣門6-氣體發(fā)生器7-渦輪機(jī)8-透平泵9-氧化劑10-壓縮氣11-燃料12-涂料13，14-金屬15-冷卻劑16-氣體(約2500m/s)27燃料箱、泵傳送器所用材料，特別需要化學(xué)穩(wěn)定性。液態(tài)氟以及作為氧化劑的發(fā)煙硝酸和四氧化氮，具有特別強(qiáng)烈的侵蝕性，除了在1000℃以上的工作溫度下出于腐蝕而引起的問題之外，流過的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物也產(chǎn)生沖蝕性?；鸺龁訒r，在1~2s內(nèi)，其加速度是5-6倍于地球的引力加速度，由于加速度增高引起的高度過載，會對材料施加非常巨大的機(jī)械負(fù)荷，盡管元件所受應(yīng)力是短時的，但由于其載荷的大小和方向急劇地發(fā)生變化，往往會引起疲勞斷裂。火箭本身重量必須盡可能的小，因此，金屬材料的比強(qiáng)度在火箭制造中具有特別重要的意義。彈道火箭進(jìn)入大氣層時，熱流量為10000~25000kcal/(m2?s)，它在短時間內(nèi)，引起巨大的溫度梯度，長時間作用則會建立起平衡溫度。對金屬材料的耐熱性有特殊的要求。28國外長程大推力火箭發(fā)動機(jī)采用Inconel718合金制造高壓導(dǎo)管，國內(nèi)研制的GH169合金管的疲勞壽命約為1Cr18Ni9Ti鋼管的3倍以上，具有良好彎管和焊接等工藝性能，還可用于發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子和主鈾。GH30金絲網(wǎng)多孔發(fā)散冷卻材料用于火箭發(fā)動機(jī)、制作噴注器面板，既作防熱材料又作結(jié)構(gòu)材料使用。噴注器面板上固定有許多氫氣、氧氣噴嘴，氫氣和氧氣噴進(jìn)燃燒室進(jìn)行燃燒，面板兩側(cè)的溫度差異極大，一面為超低溫-150℃，另一面為超高溫3500℃。能承受發(fā)動機(jī)點(diǎn)火的瞬間產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動使面板受到的較大沖擊載荷，并成功地用于通信衛(wèi)星上。GH131鐵基高溫合金旋壓管用于大型液體火箭發(fā)動機(jī)渦輪燃?xì)膺M(jìn)氣導(dǎo)管，還用于900~1000℃使用的大型火箭發(fā)動機(jī)燃燒室、隔熱板、渦輪進(jìn)氣導(dǎo)管，以及航空發(fā)動機(jī)的加力燃燒室、魚鱗片等。GH188A合金與國際上最高強(qiáng)化型-鈷基變形合金HS-188相當(dāng)，用于液體火箭姿態(tài)控制器發(fā)動機(jī)頭部與身部結(jié)合處的高溫彈性密封件。29(3)燃?xì)廨啓C(jī)航空發(fā)動機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)材料要求在較高溫度下，具有較高的持久強(qiáng)度和塑性變形等特點(diǎn)，而使用期限較短；固定式燃?xì)廨啓C(jī)材料要求在較低溫度下使用期限很長。固定式燃?xì)廨啓C(jī)裝置的使用時間取決于它的用途和功率大小。大功率發(fā)電用的固定式裝置由于制造費(fèi)用大，使用時間至少考慮為100000h；商船和熱力機(jī)車上的燃?xì)廨啓C(jī)裝置使用時間考慮在100000h之內(nèi)；軍用艦艇上的燃?xì)廨啓C(jī)裝置使用時間考慮10000~50000h。燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室、導(dǎo)向葉片、工作葉片、渦輪盤和轉(zhuǎn)子的要求與航空發(fā)動機(jī)相似。渦輪盤和氣缸法蘭盤的緊固螺栓，其工作溫度與渦輪盤及氣缸相同。燃?xì)廨啓C(jī)中的螺栓，有時必須在高達(dá)600~750℃的溫度下工作。對緊固螺栓材料的主要要求是高溫時應(yīng)具有高的屈服強(qiáng)度和抗松弛性能。為了使連接的零件可以自由膨脹和減少溫差應(yīng)力，螺栓和連接零件的材料應(yīng)具有相同的熱膨脹性能。30537合金是在800~850℃工作溫度下長期使用的鎳基鑄造耐熱腐蝕合金，可用于地面燃?xì)廨啓C(jī)和艦用燃?xì)廨啓C(jī)上渦輪葉片的制作。合金800℃的抗拉強(qiáng)度可達(dá)800MPa以上；在815℃、430MPa下的持久壽命大于100h；800℃、220MPa下的持久壽命大于20000h；抗熱腐蝕性能相當(dāng)于國外的IN-738合金，但不含價(jià)格昂貴的稀有金屬鉭，成本低。543合金具有良好的高溫組織穩(wěn)定性。在800℃、經(jīng)8000h時效后沒有發(fā)現(xiàn)有害相。543合金可用作在700~750℃環(huán)境下長期使用的燃?xì)廨啓C(jī)動葉片材料。GH333系鎳基高溫耐蝕合金，工作溫度可達(dá)900℃，用于制造燃?xì)廨啓C(jī)火焰筒、過渡段等燃燒部件。31(4)汽油及柴油發(fā)動機(jī)1)排氣閥工作溫度一般為600~800℃，最高可達(dá)850℃以上。由于氣閥的高速運(yùn)動和頻繁的啟動．除了可能出現(xiàn)機(jī)械疲勞外，在氣閥頭部也可能產(chǎn)生冷熱疲勞。為了避免“爆振”，常在汽油中加入乙基鉛、溴化鉛等抗爆劑，所以汽車發(fā)動機(jī)排氣閥要求抗PbO腐蝕。重油中，含釩、硫、鈉等，故柴油機(jī)排氣閥要求抗V2O3,，鈉和硫的腐蝕。2)燒嘴船舶、油田鉆機(jī)、機(jī)車、挖掘機(jī)等柴油機(jī)預(yù)燃燒室燒嘴，在800~900℃長時間使用，要求組織性能穩(wěn)定，抗熱循環(huán)疲勞性能良好，膨脹系數(shù)較低。GH128和RA333高溫合金用于12V180Z型柴油機(jī)預(yù)燃燒室燒嘴，GH128壽命達(dá)到4000h，最高達(dá)8408h；RA333最高壽命達(dá)11600h。另有PZ502合金的性能與RA333合金噴嘴相當(dāng)，且強(qiáng)度高、切削性能好、成本低，在各種發(fā)電機(jī)、船舶主機(jī)上使用。323)熱發(fā)生器作為排氣凈化裝置，熱發(fā)生器工作溫度達(dá)1000℃。隨著發(fā)動機(jī)的起動-停車的間斷加熱條件，促使氧化膜破壞和剝落。與排氣閥相同，尤其使用高鉛汽油，由于鉛化合物產(chǎn)生加速氧化；另外，因排氣中低氧壓的緣故，大氣中微量的SO2和硫酸鹽容易引起硫化。

4)增壓器柴油機(jī)發(fā)展中增壓技術(shù)，廢氣增壓渦輪，是利用氣缸排出的廢氣帶動，以增加進(jìn)氣壓力，加大進(jìn)氣量，從而加強(qiáng)燃燒。采用廢氣渦輪增壓，可成倍地提高柴油機(jī)功率，大幅度降低單位功率，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益。我國的K13合金，是一種Fe-Ni-Cr基鑄造高溫合金，與國外采用Incone1713和X40合金相比，含鎳少，不含鈷。K13合金大量用于制造渦輪和葉片鑄件，是750℃環(huán)境理想的增壓渦輪材料。K18合金是不含鈷的鎳基鑄造高溫合金。合金密度小，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性和鑄造工藝性能佳。在較寬的溫度范圍內(nèi)可用作燃?xì)鉁u輪工作葉片、導(dǎo)向葉片、整鑄渦輪和柴油機(jī)增壓器。33(5)核工業(yè)1)核包殼燃料元件包殼管壁承受600~800℃高溫，且壁又薄，所以材料必須具有高的蠕變強(qiáng)度。在液體金屬冷卻反應(yīng)堆中，使用氧化物燃料時，包殼受到的應(yīng)力約為120~150MPa。材料在上述條件下會出現(xiàn)嚴(yán)重的塑性變形，從而造成燃料元件的提前斷裂。在燃料元件使用壽命終期，包殼受到的機(jī)械應(yīng)力是最大的，因而對其機(jī)械性能要求也高。燃料元件包殼材料外部受冷卻劑的侵蝕，內(nèi)部受燃料的侵蝕，所以作為燃料元件包殼材料的耐腐蝕率也有高的要求。對鐵基和鎳基合金來說，還有金屬的溶解腐蝕，鎳含量高時，腐蝕率顯著增高。燃料元件的包殼除受冷卻劑的腐蝕以外，與燃料的化學(xué)反應(yīng)、輻照損壞也是可能導(dǎo)致包殼材料的重要問題之一，對快速中子增殖反應(yīng)堆燃料包殼材料具有重要影響的還有高溫脆性。鈉冷反應(yīng)堆燃料包殼材料一般有三大類：不銹鋼、鎳基合金和難熔金屬及其合金。鎳基合金有Hastelloy、Incoloy800、Nimonic80A等。342)燃料元件定位架它處于高溫、高壓、高通量輻照等苛刻條件下工作，要求材料有較好的綜合性能。GH169A合金冷軋帶材具有良好的冷沖壓性能和釬焊性能，能滿足要求。3)高溫氣體爐這是將氦氣作為冷卻介質(zhì)的反應(yīng)堆，可獲得750~1000