高温合金是什么材料？有哪些？

1 高温合金是什么

高温合金是指以铁、镍、钴等金属为基础材料，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的高端金属结构材料，具有优秀的高温强度及塑性，良好的抗氧化及抗热腐蚀性能，优异的抗蠕变性能、抗断裂性能和良好的组织稳定性。

2 高温合金的分类

高温合金可按照多种分类方法划分类别，其中镍基及变形高温合金为主要应用品类。高温合金按合金基体元素可分为铁基、镍基和钴基高温合金，其中镍基高温合金应用范围最广，占比达80%;按制备工艺可分为变形高温合金(牌号GH)、铸造高温合金(等轴晶--牌号K、定向柱晶--牌号DZ和单晶--牌号DD)、新型高温合金(粉末高温合金(牌号FGH)和金属间化合物高温合金(牌号JK))三大类;按强化方式可分为固溶强化、时效强化、氧化物弥散强化和晶界强化。

(1)按合金基体元素

①铁基(占比14.3%)：使用温度较低(600~850℃)，一般用于涡轮盘、机匣和轴等零部件。

②镍基(占比80%)：使用温度最高(约1000℃)，广泛用于制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机的最热端零件，如涡轮部分工作叶片、导向叶片、涡轮等。

③钴基(占比5.7%)：使用温度950℃，具有良好的铸造性和焊接性，主要用于做导向叶片材料，价格较高。

(2)按制备工艺

①铸造(占比20%)：采用精密铸造工艺制成零件，具有更宽的成分范围和更广阔的应用领域，分为在-253~950℃使用的等轴晶铸造高温合金(用于制作航空发动机中的扩压器机匣及航天发动机中各种泵用复杂结构件等)、在650～950℃使用的等轴晶铸造高温合金(适于用做航空发动机涡轮叶片、导向叶片及整铸涡轮)、在950~1100℃使用的定向凝固柱晶和单晶高温合金(适用于制作新型高性能发动机的一级涡轮叶片)。零件强度较高，但不适合进行热加工。

②变形(占比70%)：可以进行热、冷变形加工，工作温度范围为-253~1320℃，具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能。按其热处理工艺可分为固溶强化型合金和时效强化型合金。固溶合金一般用于制作航空、航天发动机燃烧室、机匣等部件。时效强化型合金一般用于制作航空、航天发动机的涡轮盘与叶片等结构件。

③新型(占比10%)：主要是粉末高温合金和弥散强化高温合金。其中粉末高温合金采用液态金属雾化或高能球磨机制粉，晶粒细小、成分和组织均匀，显著改善了热加工性能。能够满足应力水平较高的发动机使用要求，是高推重比发动机涡轮盘、压气机盘和涡轮挡板等高温部件的选择材料。弥散强化高温合金(ODS)采用类似粉末冶金工艺制成，承温能力高，主要应用于火焰筒、导向叶片及涡轮叶片。

(3)按强化方式

①固溶强化：抗氧化性强，塑性及成型性良好，具有一定的高温强度，主要用于环境温度较高，但承受应力较低的零件，如燃烧室和火焰筒等。

②时效强化：具有较高的高温强度和蠕变强度以及良好的综合性能，主要用于承受高负荷、环境温度为高、中温的零件，如涡轮叶片、涡轮盘等。

③氧化物弥散强化：合金中弥散分布氧化物颗粒，具有高热稳定性，在1000℃以上仍能保持较高强度。

④晶界强化：在合金中加入微量硼、钠、锆和镁等元素改善晶界状态以提高合金的抗蠕变能力

3 高温合金生产制备工艺

高温合金生产制备工艺较为复杂，熔炼、铸造、热处理为主要流程工艺。

(1)熔炼：目前国际上高温合金的熔炼方法主要有真空感应炉(VIM)、真空自耗炉(VAR)、电渣重熔炉(ESR)

(2)铸造：高温合金精密铸造技术以熔模铸造工艺为主，发展形成了等轴晶类型、定向柱晶与单晶类型的精密铸造形式

(3)热处理：随着新高温合金材料的应用以及使用过程中对合金性能提出的高要求，热处理工艺是必不可少的过程。高温合金热处理工艺是指高温合金材料在固态下，通过加热、保温和冷却的方式，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。

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