高溫合金有哪些強化途徑和方法

① 金屬材料常用的強化方式及機理是什麼

金屬材料常用的強化方式有細晶強化、固溶強化、第二相強化、加工硬化。

1 細晶強化

通過細化晶粒而使金屬材料力學性能提高的方法稱為細晶強化，工業上將通過細 化晶粒以提高材料強度。

其原理是通常金屬是由許多晶粒組成的多晶體，晶粒的大小可以用單位體積內晶粒的數目 來表示，數目越多，晶粒越細。

二．固溶強化

合金元素固溶於基體金屬中造成一定程度的晶格畸變從而使合金強度提高 的現象。

原理：融入固溶體中的溶質原子造成晶格畸變，晶格畸變增大了位錯運動的阻力， 使滑移難以進行，從而使合金固溶體的強度與硬度增加。

三．第二相強化

復相合金與單相合金相比，除基體相以外，還有第二相得存在。當第二相以細小 彌散的微粒均勻分布於基體相中時，將會產生顯著的強化作用。

原理：它們與位錯間的交互作用，阻礙了位錯 運動，提高了合金的變形抗力。 對於位錯的運動來說，合金所含的第二相有以下兩種情況：

1、不可變形微粒的強化作用。

2、可變形微粒的強化作用。 彌散強化和沉澱強化均屬於第二相強化的特殊情形。

四．加工硬化

隨著冷變形程度的增加，金屬材料強度和硬度指標都有所提高，但塑性、 韌性有所下降。

原理：金屬在塑性變形時，晶粒發生滑移，出 現位錯的纏結，使晶粒拉長、破碎和纖維化，金屬內部產生了殘余應力等。

(1)高溫合金有哪些強化途徑和方法擴展閱讀：

金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。

①黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括雜質總含量<0.2%及含碳量不超過0.0218%的工業純鐵，含碳0.0218%~2.11%的鋼，含碳大於 2.11%的鑄鐵。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。

②有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等，有色合金的強度和硬度一般比純金屬高，並且電阻大、電阻溫度系數小。

③特種金屬材料包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態金屬材料，以及准晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金以及金屬基復合材料等。

金屬材料的疲勞現象，按條件不同可分為下列幾種：

⑴高周疲勞：指在低應力（工作應力低於材料的屈服極限，甚至低於彈性極限）條件下，應力循環周數在100000以上的疲勞。它是最常見的一種疲勞破壞。高周疲勞一般簡稱為疲勞。

⑵低周疲勞：指在高應力（工作應力接近材料的屈服極限）或高應變條件下，應力循環周數在10000~100000以下的疲勞。由於交變的塑性應變在這種疲勞破壞中起主要作用，因而，也稱為塑性疲勞或應變疲勞。

⑶熱疲勞：指由於溫度變化所產生的熱應力的反復作用，所造成的疲勞破壞。

⑷腐蝕疲勞：指機器部件在交變載荷和腐蝕介質（如酸、鹼、海水、活性氣體等）的共同作用下，所產生的疲勞破壞。

⑸接觸疲勞：這是指機器零件的接觸表面，在接觸應力的反復作用下，出現麻點剝落或表面壓碎剝落，從而造成機件失效破壞。

② 高溫材料的高溫合金

高溫合金是在高溫嚴酷的機械應力和氧化、腐蝕環境下應用的一類合金。隨著科技事業的發展，高溫合金逐漸形成六個較為完整的部分。
一、變形高溫合金
變形高溫合金是指可以進行熱、冷變形加工，工作溫度范圍-253～1320℃，具有良好的力學性能和綜合的強、韌性指標，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金。按其熱處理工藝可分為固溶強化型合金和時效強化型合金。
1、固溶強化型合金
使用溫度范圍為900～1300℃，最高抗氧化溫度達1320℃。例如GH128合金，室溫拉伸強度為850MPa、屈服強度為350MPa；1000℃拉伸強度為140MPa、延伸率為85%,1000℃、30MPa應力的持久壽命為200小時、延伸率40%。固溶合金一般用於製作航空、航天發動機燃燒室、機匣等部件。
2、時效強化型合金
使用溫度為-253～950℃，一般用於製作航空、航天發動機的渦輪盤與葉片等結構件。製作渦輪盤的合金工作溫度為-253～700℃,要求具有良好的高低溫強度和抗疲勞性能。 例如：GH4169合金，在650℃的最高屈服強度達1000MPa；製作葉片的合金溫度可達950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸強度為490MPa，940℃、200MPa的持久壽命大於40小時。
變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業提供結構鍛件、餅材、環件、棒材、板材、管材、帶材和絲材。
二、鑄造高溫合金
鑄造高溫合金是指可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金。其主要特點是：
1. 具有更寬的成分范圍 由於可不必兼顧其變形加工性能，合金的設計可以集中考慮優化其使用性能。如對於鎳基高溫合金，可通過調整成分使γ』含量達60%或更高，從而在高達合金熔點85%的溫度下，合金仍能保持優良性能。
2. 具有更廣闊的應用領域 由於鑄造方法具有的特殊優點，可根據零件的使用需要，設計、製造出近終形或無餘量的具有任意復雜結構和形狀的高溫合金鑄件。
根據鑄造合金的使用溫度，可以分為以下三類：
第一類：在-253～650℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在很大的范圍溫度內具有良好的綜合性能，特別是在低溫下能保持強度和塑性均不下降。如在航空、航天發動機上用量較大的K4169合金，其650℃拉伸強度為1000MPa、屈服強度850MPa、拉伸塑性15%；650℃，620MPa應力下的持久壽命為200小時。已用於製作航空發動機中的擴壓器機匣及航天發動機中各種泵用復雜結構件等。
第二類：在650～950 ℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在高溫下有較高的力學性能及抗熱腐蝕性能。例如K419合金，950℃時，拉伸強度大於700MPa、拉伸塑性大於6%；950℃，200小時的持久強度極限大於230MPa。這類合金適於用做航空發動機渦輪葉片、導向葉片及整鑄渦輪。
第三類： 在950～1100℃使用的定向凝固柱晶和單晶高溫合金 這類合金在此溫度范圍內具有優良的綜合性能和抗氧化、抗熱腐蝕性能。例如DD402單晶合金，1100℃、130MPa的應力下持久壽命大於100小時。這是國內使用溫度最高的渦輪葉片材料，適用於製作新型高性能發動機的一級渦輪葉片。
隨著精密鑄造工藝技術的不斷提高，新的特殊工藝也不斷出現。細晶鑄造技術、定向凝固技術、復雜薄壁結構件的CA技術等都使鑄造高溫合金水平大大提高，應用范圍不斷提高。
三、粉末冶金高溫合金
採用霧化高溫合金粉末，經熱等靜壓成型或熱等靜壓後再經鍛造成型的生產工藝製造出高溫合金粉末的產品。採用粉末冶金工藝，由於粉末顆粒細小，冷卻速度快，從而成分均勻，無宏觀偏析，而且晶粒細小，熱加工性能好，金屬利用率高，成本低，尤其是合金的屈服強度和疲勞性能有較大的提高。
FGH95粉末冶金高溫合金，650℃拉伸強度1500MPa；1034MPa應力下持久壽命大於50小時，是當前在650℃工作條件下強度水平最高的一種盤件粉末冶金高溫合金。粉末冶金高溫合金可以滿足應力水平較高的發動機的使用要求,是高推重比發動機渦輪盤、壓氣機盤和渦輪擋板等高溫部件的選擇材料。
四、氧化物彌散強化（ODS）合金
是採用獨特的機械合金化(MA)工藝，超細的(小於50nm)在高溫下具有超穩定的氧化物彌散強化相均勻地分散於合金基體中，而形成的一種特殊的高溫合金。其合金強度在接近合金本身熔點的條件下仍可維持，具有優良的高溫蠕變性能、優越的高溫抗氧化性能、抗碳、硫腐蝕性能。
目前已實現商業化生產的主要有三種ODS合金：
MA956合金 在氧化氣氛下使用溫度可達1350℃，居高溫合金抗氧化、抗碳、硫腐蝕之首位。可用於航空發動機燃燒室內襯。
MA754合金 在氧化氣氛下使用溫度可達1250℃並保持相當高的高溫強度、耐中鹼玻璃腐蝕。現已用於製作航空發動機導向器蓖齒環和導向葉片。
MA6000合金 在1100℃拉伸強度為222MPa、屈服強度為192MPa；1100℃，1000小時持久強度為127MPa，居高溫合金之首位，可用於航空發動機葉片。
五、金屬間化合物高溫材料
金屬間化合物高溫材料是近期研究開發的一類有重要應用前景的、輕比重高溫材料。十幾年來，對金屬間化合物的基礎性研究、合金設計、工藝流程的開發以及應用研究已經成熟，尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制備加工技術、韌化和強化、力學性能以及應用研究方面取得了令人矚目的成就。
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）、高溫高強度、高鋼度以及優異的抗氧化、抗蠕變等優點，可以使結構件減重35～50%。 Ni3Al基合金，MX-246具有很好的耐腐蝕、耐磨損和耐氣蝕性能，展示出極好的應用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蝕性能，在中溫（小於600℃）有較高強度，成本低，是一種可以部分取代不銹鋼的新材料。
六、環境高溫合金
在民用工業的很多領域，服役的構件材料都處於高溫的腐蝕環境中。為滿足市場需要，根據材料的使用環境，歸類出系列高溫合金。
1、 高溫合金母合金系列
2、 抗腐蝕高溫合金板、棒、絲、帶、管及鍛件
3、 高強度、耐腐蝕高溫合金棒材、彈簧絲、焊絲、板、帶材、鍛件
4、 耐玻璃腐蝕系列產品
5、 環境耐蝕、硬表面耐磨高溫合金系列
6、 特種精密鑄造零件（葉片、增壓渦輪、渦輪轉子、導向器、儀表接頭）
7、 玻棉生產用離心器、高溫軸及輔件 8、 鋼坯加熱爐用鈷基合金耐熱墊塊和滑軌
9、 閥門座圈
10、 鑄造「U」形電阻帶
11、 離心鑄管系列
12、 納米材料系列產品
13、 輕比重高溫結構材料
14、 功能材料（膨脹合金、高溫高彈性合金、恆彈性合金系列）
15、 生物醫學材料系列產品
16、 電子工程用靶材系列產品
17、 動力裝置噴嘴系列產品
18、 司太立合金耐磨片
19、 超高溫抗氧化腐蝕爐輥、輻射管。

③ 鎳基高溫合金的性能及生產工藝是什麼

一、鎳基高溫合金的成分性能
鎳基高溫合金中應用最為廣泛。主要原因在於，一是鎳基合金中可以溶解較多合金元素，且能保持較好的組織穩定性；二是可以形成共格有序的A3B型金屬間化合物γ[Ni3(Al，Ti)]相作為強化相，使合金得到有效的強化，獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強度；三是含鉻的鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗氧化和抗燃氣腐蝕能力。鎳基合金含有十多種元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蝕作用，其他元素主要起強化作用。根據它們的強化作用方式可分為：固溶強化元素，如鎢、鉬、鈷、鉻和釩等；沉澱強化元素，如鋁、鈦、鈮和鉭；晶界強化元素，如硼、鋯、鎂和稀土元素等。
鎳基高溫合金按強化方式有固溶強化型合金和沉澱強化型合金。
二、鎳基高溫合金的生產工藝
冶煉方面：為了獲得更純凈化的鋼水，減低氣體含量與有害元素含量；同時由於部分合金中有易氧化元素如Al，Ti等存在，非真空方式冶煉難以控制；更是為了獲得更好的熱塑性，鎳基耐熱合金，通常採用真空感應爐熔煉，甚至用真空感應冶煉加真空自耗爐或電渣爐重熔方式進行生產。
變形方面：採用鍛造、軋制工藝，對於熱塑性差的合金甚至採用擠壓開坯後軋制或用軟鋼(或不銹鋼)包套直接擠壓工藝。變形的目的是為了破碎鑄造組織，優化微觀組織結構。
鑄造方面：通常用真空感應爐熔煉母合金保證成分與控制氣體與雜質含量，並用真空重熔-精密鑄造法製成零件。
熱處理方面：變形合金和部分鑄造合金需進行熱處理，包括固溶處理、中間處理和時效處理，以Udmet500合金為例，它的熱處理制度分為四段：固溶處理，1175℃，2小時，空冷；中間處理，1080℃，4小時，空冷；一次時效處理，843℃，24小時，空冷；二次時效處理，760℃，16小時，空冷。以獲得所要求的組織狀態和良好的綜合性能。

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⑤ 高溫合金的熱處理工藝是怎麼樣的

高溫合金主要牌號：

固溶強化型鐵基合金：

GH1015、GH1035、GH1040、GH1131、GH1140

時效硬化性鐵基合金：

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

固溶強化型鎳基合金：

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

時效硬化型鎳基合金：

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

國外的高溫合金叫包含inconel系列 incoloy系列 Hastelloy系列

成分和性能

鎳基合金是高溫合金中應用最廣、高溫強度最高的一類合金。其主要原因，一是鎳基合金中可以溶解較多合金元素，且能保持較好的組織穩定性；二是可以形成共格有序的 A3B型金屬間化合物γ'[Ni3(Al，Ti)]相作為強化相，使合金得到有效的強化，獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強度；三是含鉻的鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗yang化和抗燃氣腐蝕能力。鎳基合金含有十多種元素，其中Cr主要起抗yang化和抗腐蝕作用，其他元素主要起強化作用。根據它們的強化作用方式可分為：固溶強化元素，如鎢、鉬、鈷、鉻和釩等；沉澱強化元素，如鋁、鈦、鈮和鉭；晶界強化元素，如硼、鋯、鎂和稀土元素等。

⑥ 高溫材料的彌散強化合金

在金屬和合金粉末中添加少量的難熔氧化物（如氧化釔等），通過高能磨球作用使其機械合金化，以獲得含有彌散細小氧化物質點的高溫合金粉末，再經壓制、燒結、擠壓或軋製成棒材或板材，經焊接、熱處理、機械加工即可製成燃燒室或渦輪葉片。與普通高溫合金相比，彌散強化合金在 850以下時主要靠金屬間化合物如鎳3（鋁、鈦）起強化作用，具有高溫合金的特性；而在850°C以上時，彌散細小的氧化物十分穩定，因彌散強化作用在1200°C以下的拉伸強度變化不大，並具有較高的持久強度和疲勞強度以及抗氧化和抗熱腐蝕的能力，可用於製造在1100°C下使用的渦輪葉片和在1200°C下使用的導向葉片。