1 绪论
1.1 高温合金
1.1.1 高温合金定义及背景介绍
高温合金是指以第VIII族元素为基，为在承受相当严酷的机械应力和常常要求具有良好表面稳定性的环境下进行高温服役而研制的一种合金。高温合金的发展动力来源于高温燃气轮机的需要，燃气涡轮发动机，尤其是航空发动机推力及效率的日益增长，发动机工作温度的不断提高，这就要求材料必须具备更高的耐高温能力，同时，在发动机的运行过程中，部件往往要遭受氧化及各种腐蚀，要求使用的材料也具有更好的抗氧化及抗热腐蚀能力。在此背景下，并且随着冶炼，加工，防护等工艺技术的进步，高温合金的研究及应用步入了蓬勃的发展时期。目前，高温合金已广泛应用于航空，航天，舰船，发电，机车以及石油和化学等工业领域，成为衡量一个国家金属材料发展水平的主要指标之一[1]。本章将介绍镍基高温合金，并且简述本次工作的研究背景和研究内容。
高温合金是指能够在600℃以上高温，承受较大复杂应力，并具有表面稳定性的高温合金化铁基、镍基或钴基奥氏体金属材料。本文来自辣$文(论"文`网，
毕业论文 www.751com.cn 加7位QQ324~9114找原文金属间化合物NiAl、Ni3Al、TiAl、Ti3Al以及FeAl、Fe3Al等基体不是无序奥氏体，而是具有不同结构的有序相，严格的说不应算作高温合金。但它们具有优异的高温强度，低的密度，良好的表面稳定性，可作为高温合金的替代材料，因而在我国，已人为的将它们列入了高温合金[2]。
高温合金作为高温结构材料，用于制作高温下工作并承受一定载荷的热机结构件，是航空、航天发动机和其他燃气轮机技术进步的关键技术之一[3]。目前大量使用的铁基、镍基和钴基高温合金是通过原子间无方向性的金属键结合的，其晶体结构多为FCC或BCC类型。固溶强化、第二相强化和晶界强化为高温合金的三个基本强化手段[3]，但这些强化作用随温度的提高而下降，使得这些高温合金的使用温度接近极限；另一方面，这些高温合金的密度较大，难以满足进一步提高材料高温强度和结构减重的要求。而金属间化合物由于其原子间排列有序、结合力强、兼有金属键和共价键的特征，具有良好的力学性能和高温性能，在使用上可望填补镍基等高温合金与先进高温陶瓷材料之间的空隙，正成为各国大力发展的一类新型高温结构材料。
1.1.2 高温合金分类
高温合金通常可分三类。
铁基高温合金。此类合金又分为固溶强化合金和时效硬化合金。时效硬化合金包括V-57、CTX-1、CTX-909合金和Thermo-Span@合金。这些合金均包含铌或钛或铝。经过固溶时效硬化处理后，在595-705℃下具备良好的强度和硬度。
镍基高温合金。此类合金又分为非时效硬化合金和时效硬化合金。含铬量约20%，而镍含量为50%-80%。典型的时效硬化合金有：Pyromet20、和Pyromet41、80A、X-750和751合金，这些合金的适用温度最高为870℃。固溶强化合金最高工作温度达1205℃。
钴基高温合金。此类合金代表是L-605。除含有镍、铁、铬和钨外，其钴含量达50%；工作温度最高约1040℃；此类合金还包括MPl59和188合金，尤其适用于需耐硫腐蚀的环境。
1.2 镍基高温合金简介
1.2.1 镍基高温合金定义及背景介绍
镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50%)在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期，苏联于40年代后期，中国于50年代中期也研制出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。
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