什么是铁基高温合金?

2021-06-18 09:01:27 44

  铁基高温合金

   以铁为基体、含一定量铬和镍的奥氏体合金, 属高温合金的一种,在600~800条件下具有一定的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀的能力。

   发展过程  铁基高温合金是从奥氏体不锈钢发展起来的。40年代,发现在18-8型不锈钢中加入钼、铌、钛等元素可提高这种钢在500~700条件下的持久强度,从而制成以美国牌号 16-25-6(Fe-25Ni-16Cr-6Mo)为代表的加工硬化型奥氏体耐热钢。为了适应航空工业对耐高温材料的需要,发展出一系列沉淀强化型Fe-Ni-Cr系、Fe-Ni-Co-Cr系高温合金,如A286、Incoloy 901等。第二次世界大战期间,德、日等国迫于战争需要和镍资源缺乏,发展出Fe-Cr-Mn系、Fe-Ni-Cr-Mn系高温合金。这样就逐步形成铁基高温合金系列。50年代,美国为节约镍资源还研制出无镍的AF-71(Fe-Cr-Mn系)合金,用于制造燃气轮机部件。中国结合本国资源条件,于50年代末开始研制铁基合金,发展出一系列Fe-Ni-Cr系固溶强化型、沉淀强化型的高温合金,如GH140、GH130、GH135、K13、K14等。

   成分和性能  铁基高温合金中的镍是形成和稳定奥氏体的主要元素,并在时效处理过程中形成Ni(Ti、Al)沉淀强化相。铬主要用来提高抗氧化性、抗燃气腐蚀性。钼、钨用来强化固溶体。铝、钛、铌用于沉淀强化。碳、硼锆等元素则用于强化晶界铁基高温合金按制造工艺可分为变形高温合金和铸造高温合金,按强化方式可分为加工硬化型、固溶强化型和沉淀强化型高温合金(见金属的强化)。一些典型的铁基高温合金的成分和性能见表[典型铁基高温合金的成分和性能]典型铁基高温合金的成分和性能。图1[ 燃气轮机涡沦盘用铁基高温合金的屈服强度曲线] 燃气轮机涡沦盘用铁基高温合金的屈服强度曲线为一些铁基高温合金的屈服强度曲线。

   组织  铁基高温合金的基体为奥氏体,主要的沉淀强化相有γ[Ni(Ti、Al)]和γ(NiNb)相两类。此外,还有微量碳化物、硼化物、Laves(如FeMo)相和相等。与镍基高温合金组织相比,铁基合金中相组织较复杂,稳定性较差,容易析出η(如NiTi)、(如FeCr)、G(如FeNi16Si)(如FeMo)和Laves等有害相(见合金相)。几种典型合金的组织见图2[ 铁基高温合金的正常组织] 铁基高温合金的正常组织、图3[铁基高温合金中的有害相]铁基高温合金中的有害相。

   合金的热处理主要是固溶处理和时效处理,以获得合适的晶粒度,分布合理和大小适宜的强化相,有利的晶界状态,使合金具有良好的综合性能。例如,用于制造涡轮盘件的材料,晶粒度一般在4~5级;γ相大小约为100~500,均匀分布于基体;晶界有分布均匀的球化了的析出相(如碳化物、Laves相等)。

   用途  铁基高温合金是中等温度 (低于800)条件下使用的重要材料,具有较好的中温力学性能和良好的热加工塑性,合金成分比较简单,成本较低。主要用于制作航空发动机和工业燃气轮机上涡轮盘,也可制作导向叶片、涡轮叶片、燃烧室,以及其他承力件、紧固件等。另一用途是制作柴油机上的废气增压涡轮。由于沉淀强化型铁基合金的组织不够稳定,抗氧化性较差,高温强度不足,因而铁基合金不能在更高温度条件下应用。