Vad är högtemperaturlegering

Högtemperaturlegeringar är indelade i tre typer av material: 760 graders högtemperaturmaterial, 1200 graders högtemperaturmaterial och 1500 graders högtemperaturmaterial, med en draghållfasthet på 800MPa. Med andra ord, det hänvisar till högtemperaturmetallmaterial som fungerar under lång tid vid temperaturer över 760--1500 grad och under vissa förhållanden. De har utmärkt högtemperaturhållfasthet, god beständighet mot oxidation och varmkorrosion, god utmattningsprestanda, brottseghet och andra omfattande egenskaper. Det har blivit ett oersättligt nyckelmaterial för heta komponenter i militära och civila gasturbinmotorer.

Högtemperaturhuvudlegeringar används för att tillverka högtemperaturkomponenter såsom turbinblad, blad, turbinskivor, högtrycksgasturbinskivor och förbränningskammare för flyg-, marin- och industriella gasturbiner. De används också för att tillverka flygfordon, raketmotorer, kärnreaktorer, petrokemisk utrustning och kol. omvandling och andra energiomvandlingsanordningar.

Sedan slutet av 1930-talet har Storbritannien, Tyskland, USA och andra länder börjat studera högtemperaturlegeringar. Under andra världskriget, för att möta behoven hos nya flygmotorer, gick forskningen och användningen av högtemperaturlegeringar in i en period av kraftig utveckling. I början av 1940-talet lade Storbritannien först till en liten mängd aluminium och titan till 80Ni-20Cr-legeringen för att bilda en fas för förstärkning, och utvecklade den första nickelbaserade legeringen med hög hållfasthet vid hög temperatur. Under samma period, för att möta behoven för utvecklingen av turboladdare för kolvmotorer, började USA använda Vitallium-koboltbaserade legeringar för att tillverka blad.

Dessutom har USA också utvecklat Inconel nickelbaserad legering för att göra förbränningskammaren i jetmotorer. Senare, för att ytterligare förbättra högtemperaturhållfastheten hos legeringen, tillsatte metallurger volfram, molybden, kobolt och andra element till den nickelbaserade legeringen, ökade aluminium- och titanhalten och utvecklade en serie legeringsmärken, som t.ex. den brittiska "Nimonic", den amerikanska "Mar-M" och "IN" etc.; i koboltbaserade legeringar tillsätts element som nickel och volfram för att utveckla en mängd olika högtemperaturlegeringar, som X-45, HA-188, FSX-414, etc. Pga. på grund av bristen på koboltresurser är utvecklingen av koboltbaserade superlegeringar begränsad.

På 1940-talet utvecklades även järnbaserade superlegeringar. På 1950-talet dök det upp märken som A-286 och Incoloy901. Men på grund av dålig högtemperaturstabilitet har utvecklingen gått långsamt sedan 1960-talet. Sovjetunionen började tillverka nickelbaserade superlegeringar av märket "ЭИ" runt 1950, och producerade senare "ЭП" serie deformerade superlegeringar och ЖС serie gjutna superlegeringar. Kina började provproduktion av högtemperaturlegeringar 1956 och bildade gradvis "GH"-serien av deformerade superlegeringar och "K"-serien av gjutna superlegeringar. På 1970-talet använde USA också nya produktionsprocesser för att tillverka riktade kristalliserade blad och pulvermetallurgiturbinskivor, och utvecklade högtemperaturlegeringskomponenter som enkristallblad för att möta de ökande behoven av inloppstemperaturer för flygmotorturbiner.

Hittills forskar alla länder om nya högtemperaturlegeringar, gör kontinuerliga genombrott, innovationer och expanderar användningsområden. I utvecklingen av modern industri har de uppenbarligen blivit ett oumbärligt legeringsmaterial.

(1) Järnbaserad högtemperaturlegering

Järnbaserade högtemperaturlegeringar kan också kallas värmebeständigt legerat stål. Dess matris är Fe-element, med en liten mängd Ni, Cr och andra legeringselement tillsatta. Värmebeständigt legerat stål kan delas in i martensit, austenit, perlit, ferrit värmebeständigt stål, etc. enligt dess normaliseringskrav.

(2) Nickelbaserad högtemperaturlegering

Nickelbaserade högtemperaturlegeringar innehåller mer än hälften av nickelet och är lämpliga för arbetsförhållanden över 1000 grader. Genom att använda fast lösning och åldringsbearbetning kan kryphållfastheten och tryckhållfastheten förbättras avsevärt. För närvarande, baserat på analysen av superlegeringar som används i högtemperaturmiljöer, överstiger omfattningen av användningen av nickelbaserade superlegeringar vida användningen av järnbaserade och koboltbaserade superlegeringar. Samtidigt är nickelbaserad högtemperaturlegering också den högtemperaturlegering med den största produktionen och största användningen i mitt land. Många turbinmotorblad och förbränningskammare, och även turboladdare, använder också nickelbaserade legeringar som beredningsmaterial. I mer än ett halvt sekel har högtemperaturkapaciteten hos högtemperaturmaterial som används i flygmotorer ökat från 750 grader i slutet av 1940-talet till 1200 grader i slutet av 1990-talet. Det ska sägas att denna enorma förbättring också har lett till förbättringar av gjutprocesser, ytbeläggningar etc. Snabb utveckling.

(3) Koboltbaserad högtemperaturlegering

Koboltbaserade högtemperaturlegeringar använder kobolt som matris, och kobolthalten står för cirka 60 %. Samtidigt måste element som Cr och Ni tillsättas för att förbättra värmebeständigheten hos högtemperaturlegeringen. Även om denna högtemperaturlegering har bättre värmebeständighet, på grund av olika länder är produktionen av koboltresurser relativt liten och bearbetningen är svår, så mängden är inte stor. Den används vanligtvis i högtemperaturförhållanden (600~1000 grader) och högtemperaturdelar som utsätts för extrem komplex stress under lång tid, såsom arbetsbladen på flygmotorer, turbinskivor, heta komponenter i förbränningskammare och flygmotorer. För att erhålla bättre värmebeständighet, under normala förhållanden, bör element som W, MO, Ti, Al och Co tillsättas under beredningen för att säkerställa dess överlägsna värmebeständighet och utmattningsbeständighet.

Beroende på typen av legeringsförstärkning kan högtemperaturlegeringar delas in i fast lösningsförstärkta högtemperaturlegeringar och åldersnedfallsförstärkta legeringar.

(1) Solid lösning förstärkt typ

Den så kallade solid solution-förstärkningstypen är att lägga till några legeringselement till järn-, nickel- eller koboltbaserade högtemperaturlegeringar för att bilda en enfas austenitstruktur. De lösta atomerna förvränger det fasta lösningsmatrisgittret, vilket ökar halkbeständigheten i den fasta lösningen och stärker den. Vissa lösta atomer kan minska staplingsfelsenergin hos legeringssystemet, öka tendensen till dislokationsnedbrytning, försvåra korsglidning och stärka legeringen för att uppnå syftet att stärka högtemperaturlegeringar.

(2) Förstärkning av åldrande nederbörd

Den så kallade åldersutfällningsförstärkningen är en värmebehandlingsprocess där legeringsarbetsstycket genomgår fastlösningsbehandling, kallplastisk deformation och placeras vid en högre temperatur eller rumstemperatur för att bibehålla sina egenskaper. Till exempel: GH4169-legering har en maximal sträckgräns på 1000 MPa vid 650 grader, och legeringstemperaturen för tillverkning av blad kan nå 950 grader.

Uppdelat efter materialformningsmetoder: gjutna högtemperaturlegeringar (inklusive vanliga gjutlegeringar, enkristalllegeringar, riktade legeringar, etc.), deformerade högtemperaturlegeringar och pulvermetallurgiska högtemperaturlegeringar (inklusive vanlig pulvermetallurgi och oxiddispersion- förstärkta högtemperaturlegeringar).

(1) Gjutning av högtemperaturlegering

Legeringsmaterial som använder gjutningsmetoder för att direkt förbereda delar kallas gjutna högtemperaturlegeringar. Beroende på sammansättningen av legeringsmatrisen kan den delas in i tre typer: järnbaserad gjutsuperlegering, nickelbaserad gjutsuperlegering och diamantbaserad gjutsuperlegering. Enligt kristalliseringsmetoden kan den delas in i fyra typer: polykristallin gjuten superlegering, riktad stelning gjuten superlegering, riktad eutektisk gjuten superlegering och enkristallgjuten superlegering.

(2) Deformerad högtemperaturlegering

Det är fortfarande det mest använda materialet i flygmotorer och används ofta hemma och utomlands. mitt lands årliga produktion av deformerade superlegeringar är ungefär 1/8 av USA:s [2]. Med GH4169-legering som ett exempel är det den huvudsakliga sorten med flest applikationer hemma och utomlands. I mitt land används huvudsakligen bultar, kompressorer och hjul och oljeslingspannor på turboaxelmotorer som huvuddelar. När andra legeringsprodukter blir allt mognare sker deformation vid höga temperaturer. Användningen av legeringar kan gradvis minska men kommer att förbli dominerande under de kommande decennierna.

(3) Ny högtemperaturlegering

Inklusive pulverhögtemperaturlegeringar, titan-aluminium intermetalliska föreningar, oxiddispersionsförstärkta högtemperaturlegeringar, korrosionsbeständiga högtemperaturlegeringar, pulvermetallurgi och nanomaterial och andra produktsegment.

①Legeringsgraden för den tredje generationens pulversuperlegeringar har förbättrats, vilket gör att den kan ta hänsyn till fördelarna med de två första generationerna och uppnå högre hållfasthet och lägre skada. Produktionsprocessen av pulversuperlegeringar blir allt mognare. I framtiden kan den utvecklas utifrån följande aspekter: Pulverberedning, värmebehandlingsprocess, datorsimuleringsteknik, pulverskiva med dubbla prestanda;

②Titan-aluminium intermetalliska föreningar har utvecklats till den fjärde generationen och expanderar gradvis i de två riktningarna av multi-element mikroelement och stora element mikroelement. Universitetet i Hamburg i Tyskland, Kyoto-universitetet i Japan och GKSS-centret i Tyskland har alla bedrivit omfattande forskning om titan. Intermetalliska aluminiumföreningar används nu inom skeppsbyggnad, biomedicin och sportartiklar;

③Oxiddispersionsförstärkta superlegeringar är en del av pulversuperlegeringar. Det finns nästan 20 typer under produktion och utveckling. De har hög hållfasthet vid hög temperatur och låga spänningskoefficienter och används i stor utsträckning i värmebeständiga och antioxidationskomponenter i gasturbiner, avancerade flygmotorer, etc. Petrokemisk reaktor, etc.;

④Korrosionsbeständiga högtemperaturlegeringar används huvudsakligen för att ersätta eldfasta material och värmebeständigt stål inom bygg- och rymdområdet.

NiTi minneslegeringsplatta

Medicinsk Nitinol Wire