高温合金有哪些强化途径和方法

① 金属材料常用的强化方式及机理是什么

金属材料常用的强化方式有细晶强化、固溶强化、第二相强化、加工硬化。

1 细晶强化

通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化，工业上将通过细 化晶粒以提高材料强度。

其原理是通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目 来表示，数目越多，晶粒越细。

二．固溶强化

合金元素固溶于基体金属中造成一定程度的晶格畸变从而使合金强度提高 的现象。

原理：融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力， 使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。

三．第二相强化

复相合金与单相合金相比，除基体相以外，还有第二相得存在。当第二相以细小 弥散的微粒均匀分布于基体相中时，将会产生显著的强化作用。

原理：它们与位错间的交互作用，阻碍了位错 运动，提高了合金的变形抗力。 对于位错的运动来说，合金所含的第二相有以下两种情况：

1、不可变形微粒的强化作用。

2、可变形微粒的强化作用。 弥散强化和沉淀强化均属于第二相强化的特殊情形。

四．加工硬化

随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但塑性、 韧性有所下降。

原理：金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出 现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。

(1)高温合金有哪些强化途径和方法扩展阅读：

金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。

①黑色金属又称钢铁材料，包括杂质总含量<0.2%及含碳量不超过0.0218%的工业纯铁，含碳0.0218%~2.11%的钢，含碳大于 2.11%的铸铁。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。

②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等，有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。

③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。

金属材料的疲劳现象，按条件不同可分为下列几种：

⑴高周疲劳：指在低应力（工作应力低于材料的屈服极限，甚至低于弹性极限）条件下，应力循环周数在100000以上的疲劳。它是最常见的一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。

⑵低周疲劳：指在高应力（工作应力接近材料的屈服极限）或高应变条件下，应力循环周数在10000~100000以下的疲劳。由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用，因而，也称为塑性疲劳或应变疲劳。

⑶热疲劳：指由于温度变化所产生的热应力的反复作用，所造成的疲劳破坏。

⑷腐蚀疲劳：指机器部件在交变载荷和腐蚀介质（如酸、碱、海水、活性气体等）的共同作用下，所产生的疲劳破坏。

⑸接触疲劳：这是指机器零件的接触表面，在接触应力的反复作用下，出现麻点剥落或表面压碎剥落，从而造成机件失效破坏。

② 高温材料的高温合金

高温合金是在高温严酷的机械应力和氧化、腐蚀环境下应用的一类合金。随着科技事业的发展，高温合金逐渐形成六个较为完整的部分。
一、变形高温合金
变形高温合金是指可以进行热、冷变形加工，工作温度范围-253～1320℃，具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标，具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能的一类合金。按其热处理工艺可分为固溶强化型合金和时效强化型合金。
1、固溶强化型合金
使用温度范围为900～1300℃，最高抗氧化温度达1320℃。例如GH128合金，室温拉伸强度为850MPa、屈服强度为350MPa；1000℃拉伸强度为140MPa、延伸率为85%,1000℃、30MPa应力的持久寿命为200小时、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天发动机燃烧室、机匣等部件。
2、时效强化型合金
使用温度为-253～950℃，一般用于制作航空、航天发动机的涡轮盘与叶片等结构件。制作涡轮盘的合金工作温度为-253～700℃,要求具有良好的高低温强度和抗疲劳性能。 例如：GH4169合金，在650℃的最高屈服强度达1000MPa；制作叶片的合金温度可达950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸强度为490MPa，940℃、200MPa的持久寿命大于40小时。
变形高温合金主要为航天、航空、核能、石油民用工业提供结构锻件、饼材、环件、棒材、板材、管材、带材和丝材。
二、铸造高温合金
铸造高温合金是指可以或只能用铸造方法成型零件的一类高温合金。其主要特点是：
1. 具有更宽的成分范围 由于可不必兼顾其变形加工性能，合金的设计可以集中考虑优化其使用性能。如对于镍基高温合金，可通过调整成分使γ’含量达60%或更高，从而在高达合金熔点85%的温度下，合金仍能保持优良性能。
2. 具有更广阔的应用领域 由于铸造方法具有的特殊优点，可根据零件的使用需要，设计、制造出近终形或无余量的具有任意复杂结构和形状的高温合金铸件。
根据铸造合金的使用温度，可以分为以下三类：
第一类：在-253～650℃使用的等轴晶铸造高温合金 这类合金在很大的范围温度内具有良好的综合性能，特别是在低温下能保持强度和塑性均不下降。如在航空、航天发动机上用量较大的K4169合金，其650℃拉伸强度为1000MPa、屈服强度850MPa、拉伸塑性15%；650℃，620MPa应力下的持久寿命为200小时。已用于制作航空发动机中的扩压器机匣及航天发动机中各种泵用复杂结构件等。
第二类：在650～950 ℃使用的等轴晶铸造高温合金 这类合金在高温下有较高的力学性能及抗热腐蚀性能。例如K419合金，950℃时，拉伸强度大于700MPa、拉伸塑性大于6%；950℃，200小时的持久强度极限大于230MPa。这类合金适于用做航空发动机涡轮叶片、导向叶片及整铸涡轮。
第三类： 在950～1100℃使用的定向凝固柱晶和单晶高温合金 这类合金在此温度范围内具有优良的综合性能和抗氧化、抗热腐蚀性能。例如DD402单晶合金，1100℃、130MPa的应力下持久寿命大于100小时。这是国内使用温度最高的涡轮叶片材料，适用于制作新型高性能发动机的一级涡轮叶片。
随着精密铸造工艺技术的不断提高，新的特殊工艺也不断出现。细晶铸造技术、定向凝固技术、复杂薄壁结构件的CA技术等都使铸造高温合金水平大大提高，应用范围不断提高。
三、粉末冶金高温合金
采用雾化高温合金粉末，经热等静压成型或热等静压后再经锻造成型的生产工艺制造出高温合金粉末的产品。采用粉末冶金工艺，由于粉末颗粒细小，冷却速度快，从而成分均匀，无宏观偏析，而且晶粒细小，热加工性能好，金属利用率高，成本低，尤其是合金的屈服强度和疲劳性能有较大的提高。
FGH95粉末冶金高温合金，650℃拉伸强度1500MPa；1034MPa应力下持久寿命大于50小时，是当前在650℃工作条件下强度水平最高的一种盘件粉末冶金高温合金。粉末冶金高温合金可以满足应力水平较高的发动机的使用要求,是高推重比发动机涡轮盘、压气机盘和涡轮挡板等高温部件的选择材料。
四、氧化物弥散强化（ODS）合金
是采用独特的机械合金化(MA)工艺，超细的(小于50nm)在高温下具有超稳定的氧化物弥散强化相均匀地分散于合金基体中，而形成的一种特殊的高温合金。其合金强度在接近合金本身熔点的条件下仍可维持，具有优良的高温蠕变性能、优越的高温抗氧化性能、抗碳、硫腐蚀性能。
目前已实现商业化生产的主要有三种ODS合金：
MA956合金 在氧化气氛下使用温度可达1350℃，居高温合金抗氧化、抗碳、硫腐蚀之首位。可用于航空发动机燃烧室内衬。
MA754合金 在氧化气氛下使用温度可达1250℃并保持相当高的高温强度、耐中碱玻璃腐蚀。现已用于制作航空发动机导向器蓖齿环和导向叶片。
MA6000合金 在1100℃拉伸强度为222MPa、屈服强度为192MPa；1100℃，1000小时持久强度为127MPa，居高温合金之首位，可用于航空发动机叶片。
五、金属间化合物高温材料
金属间化合物高温材料是近期研究开发的一类有重要应用前景的、轻比重高温材料。十几年来，对金属间化合物的基础性研究、合金设计、工艺流程的开发以及应用研究已经成熟，尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制备加工技术、韧化和强化、力学性能以及应用研究方面取得了令人瞩目的成就。
Ti3Al基合金（TAC-1），TiAl基合金（TAC-2）以及Ti2AlNb基合金具有低密度（3.8～5.8g/cm3）、高温高强度、高钢度以及优异的抗氧化、抗蠕变等优点，可以使结构件减重35～50%。 Ni3Al基合金，MX-246具有很好的耐腐蚀、耐磨损和耐气蚀性能，展示出极好的应用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蚀性能，在中温（小于600℃）有较高强度，成本低，是一种可以部分取代不锈钢的新材料。
六、环境高温合金
在民用工业的很多领域，服役的构件材料都处于高温的腐蚀环境中。为满足市场需要，根据材料的使用环境，归类出系列高温合金。
1、 高温合金母合金系列
2、 抗腐蚀高温合金板、棒、丝、带、管及锻件
3、 高强度、耐腐蚀高温合金棒材、弹簧丝、焊丝、板、带材、锻件
4、 耐玻璃腐蚀系列产品
5、 环境耐蚀、硬表面耐磨高温合金系列
6、 特种精密铸造零件（叶片、增压涡轮、涡轮转子、导向器、仪表接头）
7、 玻棉生产用离心器、高温轴及辅件 8、 钢坯加热炉用钴基合金耐热垫块和滑轨
9、 阀门座圈
10、 铸造“U”形电阻带
11、 离心铸管系列
12、 纳米材料系列产品
13、 轻比重高温结构材料
14、 功能材料（膨胀合金、高温高弹性合金、恒弹性合金系列）
15、 生物医学材料系列产品
16、 电子工程用靶材系列产品
17、 动力装置喷嘴系列产品
18、 司太立合金耐磨片
19、 超高温抗氧化腐蚀炉辊、辐射管。

③ 镍基高温合金的性能及生产工艺是什么

一、镍基高温合金的成分性能
镍基高温合金中应用最为广泛。主要原因在于，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的A3B型金属间化合物γ[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。
镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。
二、镍基高温合金的生产工艺
冶炼方面：为了获得更纯净化的钢水，减低气体含量与有害元素含量；同时由于部分合金中有易氧化元素如Al，Ti等存在，非真空方式冶炼难以控制；更是为了获得更好的热塑性，镍基耐热合金，通常采用真空感应炉熔炼，甚至用真空感应冶炼加真空自耗炉或电渣炉重熔方式进行生产。
变形方面：采用锻造、轧制工艺，对于热塑性差的合金甚至采用挤压开坯后轧制或用软钢(或不锈钢)包套直接挤压工艺。变形的目的是为了破碎铸造组织，优化微观组织结构。
铸造方面：通常用真空感应炉熔炼母合金保证成分与控制气体与杂质含量，并用真空重熔-精密铸造法制成零件。
热处理方面：变形合金和部分铸造合金需进行热处理，包括固溶处理、中间处理和时效处理，以Udmet500合金为例，它的热处理制度分为四段：固溶处理，1175℃，2小时，空冷；中间处理，1080℃，4小时，空冷；一次时效处理，843℃，24小时，空冷；二次时效处理，760℃，16小时，空冷。以获得所要求的组织状态和良好的综合性能。

④ 鏁㈤棶鍚勪綅澶ц櫨锛熶负浣曢珮娓╁悎閲戝叿鏈夐珮娓╁拰楂樺己鐨勭壒鎬~~~

楂樻俯鍚堥噾鏄鍦 600锝1200鈩冮珮娓╀笅鑳芥壙鍙椾竴瀹氬簲鍔涘苟鍏锋湁鎶楁哀鍖栨垨鎶楄厫铓鑳藉姏鐨勫悎閲戙傛寜鍩轰綋鍏冪礌涓昏佸彲鍒嗕负閾佸熀楂樻俯鍚堥噾銆侀晬鍩洪珮娓╁悎閲戝拰閽村熀楂樻俯鍚堥噾銆傛寜鍒跺囧伐鑹哄彲鍒嗕负鍙樺舰楂樻俯鍚堥噾銆侀摳閫犻珮娓╁悎閲戝拰绮夋湯鍐堕噾楂樻俯鍚堥噾銆傛寜寮哄寲鏂瑰紡鏈夊浐婧跺己鍖栧瀷銆佹矇娣寮哄寲鍨嬨佹哀鍖栫墿寮ユ暎寮哄寲鍨嬪拰绾ょ淮寮哄寲鍨嬬瓑(瑙侀噾灞炵殑寮哄寲)銆
楂樻俯鍚堥噾涓轰綍鍏锋湁杩欐牱鐨勭壒鎬э紝鐜颁粠鍏跺己鍖栨柟寮忓叆鎵嬶紝绠鍗曞湴鍒嗘瀽涓涓嬨
1.鍥烘憾寮哄寲锛
鍔犲叆涓庡熀浣撻噾灞炲師瀛愬昂瀵镐笉鍚岀殑鍏冪礌(閾銆侀挩銆侀捈绛)寮曡捣鍩轰綋閲戝睘鐐归樀鐨勭暩鍙,鍔犲叆鑳介檷浣庡悎閲戝熀浣撳爢鍨涘眰閿欒兘鐨勫厓绱狅紙濡傞挻锛夊拰鍔犲叆鑳藉噺缂撳熀浣撳厓绱犳墿鏁ｉ熺巼鐨勫厓绱狅紙閽ㄣ侀捈绛夛級锛屼互寮哄寲鍩轰綋銆
2.娌夋穩寮哄寲锛
閫氳繃鏃舵晥澶勭悊锛屼粠杩囬ケ鍜屽浐婧朵綋涓鏋愬嚭绗浜岀浉锛埼炽佄"銆佺⒊鍖栫墿绛夛級锛屼互寮哄寲鍚堥噾銆
3.鏅剁晫寮哄寲锛
鍦ㄩ珮娓╀笅锛屽悎閲戠殑鏅剁晫鏄钖勫急鐜鑺傦紝鍔犲叆寰閲忕殑纭笺侀攩鍜岀█鍦熷厓绱犲彲鏀瑰杽鏅剁晫寮哄害銆傝繖鏄鍥犱负绋鍦熷厓绱犺兘鍑鍖栨櫠鐣岋紝纭笺侀攩鍘熷瓙鑳藉～鍏呮櫠鐣岀┖浣嶏紝闄嶄綆锠曞彉杩囩▼涓鏅剁晫鎵╂暎閫熺巼锛屾姂鍒舵櫠鐣岀⒊鍖栫墿鐨勯泦鑱氬拰淇冭繘鏅剁晫绗浜岀浉鐞冨寲銆
4.姘у寲鐗╁讥鏁ｅ己鍖栵細
閫氳繃绮夋湯鍐堕噾鏂规硶锛屽湪鍚堥噾涓鍔犲叆楂樻俯涓嬩粛淇濇寔绋冲畾鐨勭粏灏忔哀鍖栫墿,鍛堝讥鏁ｅ垎甯冪姸鎬,浠庤岃幏寰楁樉钁楃殑寮哄寲鏁堝簲銆

⑤ 高温合金的热处理工艺是怎么样的

高温合金主要牌号：

固溶强化型铁基合金：

GH1015、GH1035、GH1040、GH1131、GH1140

时效硬化性铁基合金：

GH2018、GH2036、GH2038、GH2130、GH2132、GH2135、GH2136、GH2302、GH2696

固溶强化型镍基合金：

GH3030、GH3039、GH3044、GH3028、GH3128、GH3536、GH605,GH600

时效硬化型镍基合金：

GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH4133、GH4133B、GH4169、GH4145、GH4090

国外的高温合金叫包含inconel系列 incoloy系列 Hastelloy系列

成分和性能

镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的 A3B型金属间化合物γ'[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗yang化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗yang化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。

⑥ 高温材料的弥散强化合金

在金属和合金粉末中添加少量的难熔氧化物（如氧化钇等），通过高能磨球作用使其机械合金化，以获得含有弥散细小氧化物质点的高温合金粉末，再经压制、烧结、挤压或轧制成棒材或板材，经焊接、热处理、机械加工即可制成燃烧室或涡轮叶片。与普通高温合金相比，弥散强化合金在 850以下时主要靠金属间化合物如镍3（铝、钛）起强化作用，具有高温合金的特性；而在850°C以上时，弥散细小的氧化物十分稳定，因弥散强化作用在1200°C以下的拉伸强度变化不大，并具有较高的持久强度和疲劳强度以及抗氧化和抗热腐蚀的能力，可用于制造在1100°C下使用的涡轮叶片和在1200°C下使用的导向叶片。