TiAl合金的高温氧化行为研究(3)

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1.2 高温合金的种类

1.2.1 铁基合金

铁基高温合金是一种在18-8类型奥氏体不锈钢的基础上发展起来的，通常它的使用温度比Ni基高温合金低，一般在600~800℃。从合金的主要成分来说，铁基高温合金依然是以Fe-Cr-Ni作为主体，由于镍比较贵，有时候为了节约Ni，我们通常用锰来替代它。为了提高铁基合金的使用温度，常在其中将Cr的含量提高到20％。钼和钨依然是铁基高温合金固溶强化的主要添加元素，将钼和钨的含量提到到10％以上可以提高合金的使用温度。微量的氮在铁基高温合金中有时候会起到一点的固溶强化作用。它是在较高温度条件下使用常见的重要材料，具有检查温度、机械性能和良好的热加工塑性，主要是它的合金成分相对简单，合成成本低。主要用于生产航空发动机、工业燃气轮机的涡轮板，也可制成导叶、涡轮叶片、燃烧室等轴承零件等。还有其他很多应用方向，柴油发动机的排气涡轮就是用这种材料制作的。由于它的沉淀强化结构和抗氧化性能不够稳定，耐高温也不够，铁基合金在高温条件下表现很差，即不能在较高温下使用。

1.2.2 镍基合金

以镍为基体（含量一般大于50%）、在650~1000℃范围内具有较的强度和良好的抗氧化性、抗高温腐蚀能力的高温合金。

对于铁基合金而言，镍基高温合金的优点在于：镍基高温合金可在更高的温度中工作，含有的有害相较少，组织也相对稳定，抗氧化性能更好

对于钴基合金而言，镍基高温合金适用于较高温度与应力工作。

镍基高温合金由于镍本身具有的特性使其产生这些优点[7]：

（1）镍是面心立方结构，组织稳定，不会发生同素异型转变

（2）镍的化学稳定性较强，基本不会发生氧化（在500℃以下），耐腐蚀。

（3）镍的合金化能力也较好，基本不会在合金中产生有害相。

（4）镍虽然机械性能不高，但塑性却非常优异，特别在低温环境下，塑性不易变化。

镍基合金中含有十几种元素，其中Cr元素最多，它起很大的作用，耐氧化和耐腐蚀是最重要的作用，其他元素主要加强了性能，也是必不可少的。

1.2.3 钴基合金

钴基超耐热合金是含钴量40%~65%的奥氏体高温合金，在730~1100℃下，具有一定的高温强度、良好的抗热腐蚀和抗氧化能力。用于制作工业燃气轮机、舰船燃气轮机的导向叶片等。钴基合金的发展应考虑钴的资源。钴是一种重要的资源，世界上很多国家都缺乏钴，因此钴基合金的开发是有限的。

以钴为基体的合金通常为镍10％〜22％，铬20％〜30％，固溶物和碳化物形成元素如钨，钼，钽和铌，含碳量很高，是一种硬质合金，是超级合金的主要强化阶段。钴基合金的耐热性与固溶强化元素和碳化物形成元素的含量有关。Co基高温合金与Ni基合金比较固溶体的高温强度高于Ni基合金；耐腐蚀性能高于Ni基高温合金；可以使用的温度比Ni基高温合金高。同样的Co基高温合金也有很多的缺点，价格较高，在低温的时候屈服强度较低，比重比Ni基合金高约10％，这些缺点都在不同程度上影响了Co基合金的应用性。来`自^751论*文-网www.751com.cn

1.3 金属间化合物

金属间化合物简称IMC（Intermetallic compounds），是指金属与金属、金属与类金属间形成的化合物。在一定的范围内这种新型金属基体高温材料的屈服强度随着温度的升高，它的屈服强度随之发生变化，而且具有良好的抗高温氧化性能，弹性模量高，刚度大，密度低等优良的化学性能，由此可见此类高温合金的耐热性能在高温材料和陶瓷材料之间，是一种有非常广泛的应用范围的新型材料。金属间化合物结构的分类，粗略分为两类，即几何密排相和拓扑密排相。TiAl合金有金属键和共价键共存,使之兼有金属与陶瓷的性能,如高熔点、低密度、高弹性模量、好的高温强度(700一900℃)、好的阻燃能力、好的抗氧化性等优点,是一种很具应用前景的新型轻质耐高温结构材料。主要体现在三个方面:第一,TiAl合金具有高弹性模量,比目前应用的结构材料高约50%,用TiAl合金制成的高温结构件能够承受更高频率的振动；第二,TiAl合金在600一800℃具有良好的抗蠕变能力,有潜力替代密度大的Ni基超合金作为一些部件的材料；第三,TiAl合金具有很好的阻燃性能,与Ni基超合金相当,可以替代价格昂贵的阻燃性Ti基合金部件。TiAl合金主要应用于航空航天及汽车领域,如发动机用高压压缩机叶片、低压涡轮、过渡导管梁、排气阀、喷嘴等