一、高溫合金的耐溫范圍
1.鐵基高溫合金
鐵基高溫合金以鐵為基體(含量>50%),通過添加鉻(抗腐蝕)、鎳(穩(wěn)定奧氏體)、鉬 / 釩(固溶強化)等元素提升性能,其耐溫上限受限于鐵基體的高溫穩(wěn)定性,通常耐溫 600 - 800℃,超過 800℃后,鐵基體易發(fā)生氧化、蠕變,且強化相易粗化,導致強度驟降。
2.鎳基高溫合金
鎳基高溫合金以鎳為基體(含量 50% - 70%),添加鉻(抗高溫氧化)、鈷(提升基體強度)、鎢 / 鉬(固溶強化)、鈮 / 鉭(形成 γ' 相析出強化)等元素,耐溫 800 - 1100℃,是耐溫能力最強的合金體系。
變形鎳基合金:耐溫 800 - 950℃,因可加工性好,用于燃氣輪機燃燒室、渦輪盤(承受中等載荷);
鑄造鎳基合金:耐溫 900 - 1000℃,通過鑄造形成更穩(wěn)定的強化相,用于渦輪葉片等復雜形狀部件;
單晶鎳基合金:耐溫 1000 - 1100℃,消除晶界后減少高溫晶界滑移,是航空發(fā)動機渦輪葉片的核心材料,可在 1100℃下長期承受高載荷。
3.鈷基高溫合金
鈷基高溫合金以鈷為基體(含量 30% - 60%),添加鉻(抗氧 / 腐蝕)、鎢(固溶強化)、碳(形成碳化物強化晶界)等元素,其耐溫能力略低于高端鎳基合金,耐溫 800 - 1000℃,但抗熱腐蝕和耐磨性更優(yōu)。
二、高溫合金提升耐溫的方法
1.合金材料的選擇
鎳的高溫穩(wěn)定性(熔點 1455℃)優(yōu)于鐵(1538℃,但高溫易氧化)和鈷(1495℃),因此鎳基合金是高溫核心材料。
2.合金化改性
通過合金化改性可以改變合金材料的組織結構和化學成分,從而提高其高溫性能。常用的合金化改性方法包括添加微量元素、稀土元素、過渡金屬元素等,以及采用納米晶、超細晶等結構調控技術。
3.熱處理工藝
合理的熱處理工藝可以改善合金材料的高溫性能,常用的熱處理工藝包括時效處理、退火處理、淬火處理等。其中,時效處理可以改善合金的時效硬化性能;退火處理可以消除合金的應力和缺陷,提高其韌性和塑性;淬火處理可以提高合金的強度和硬度。