新兴铸管股份有限公司
Xinxing Ductile Iron Pipes Co.
国家材料腐蚀与防护科学数据中心分中心-智慧铸管-耐蚀钢铁材料数据中心
National Materials Corrosion and Protection Data Center
Intelligent Ductile Iron Pipe-Corrosion Resistant Steels Data Center
中文 | Eng 管理后台 数据审核 登录 反馈
是什么让"镍基合金"无惧"高温"?
2016-02-29 11:44:34 作者:本网整理来源:
   高温合金的开发与研究是飞行器、探测器飞向宇宙、航空航天工业走向成功的关键。高温合金是指能够在 600℃温度以上条件下可以正常工作,并可以承受加大应力,有一定耐腐蚀性、抗氧化性等良好高温性能的合金 。高温合金主要应用在航空航天发动机中,其中涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、燃烧室等部件几乎由高温合金制成。主要包括铁基系列高温合金,钴基系列高温合金以及镍基系列高温合金,其中镍基高温合金拥有良好的组织结构及蠕变性能,是作为航空发动机的首选材料,几乎超过40% 的高温合金均为镍基高温合金。
 

镍基高温合金叶片
 
   一枝独秀--镍基单晶高温合金
 

镍基高温合金
 
   镍基高温合金主要成分为 Ni、Co、Cr、W、Mo、Re、Ru、Al、Ta、Ti 等元素,基体为镍元素,含量在 60% 以上,主要工作温度段在 950℃ -1100℃,在此温度段内服役时,其有较高的强度,较强的抗氧化能力以及抗腐蚀能力。
 
   60 年代初期,最早的 80Ni-20Cr镍基高温合金叶片在工作中有断裂情况发生,研究发现,合金中境界出杂质较多,原子扩散速率较快,晶界成为在镍基高温合金服役中易发生裂纹的关键困扰因素。
 
   20 世纪80 年代,凝固技术制备的镍基单晶高温合金开始登上历史舞台,引领镍基单晶高温合金不断发展,合金的成分有了很大的变化。到今天为止镍基单晶高温合金已经发展到第 5 代。
 
   迎刃而上,无惧高温  
 

镍基高温合金
 
    经过数代科学工作者的悉心研究,镍基合金在成分设计的推动和发展下走向高温。
 
   (1)C、B、Hf 等元素的添加。
 
   由于,在单晶镍基合金中添加极少量的C、B、Hf 等元素,有助于强化晶界,在一定程度上提高合金的性能;
 
   (2)难溶元素(Mo、W、Re、Ru)成分的不断增加。
 
   W、Mo、Re 都对镍基单晶高温合金的高温性能有较强的增益作用,但这些元素也会促进 TCP 相的形成,所以如何在增加难溶元素含量的前提下,抑制 TCP 相的生成是当代镍基单晶高温合金设计的一个课题。
 
   到第 5 代镍基单晶高温合金,难溶元素的含量达到了 26.2%。Re 元素从第一代的零添加到第 5 代添加了 6%,虽然Re 元素比较昂贵,但对合金高温性能有较强的提高作用。Mo、W 的含量基本没有变化 ,起到固溶强化的作用。神奇的Ru尽管是难溶元素,但不会促进 TCP 相的生成,反而促进合金成分的均匀化,抑制 TCP 相的生成。展现理想功效的稀土Ru元素将是当代镍基单晶高温合金发展的趋势。
 
   (3)Cr 元素含量降低。
 
   Cr 元素是抗腐蚀元素,研究表明当 Cr 含量在 5% 以下时合金的抗腐蚀及抗氧化性能急速下降,这是因为Cr元素会促进TCP 相的生成。接着人们发现通过添加Re、Ta 元素可以抑制Cr元素的扩散速度,提高组织稳定性,从而提高镍基合金抗腐蚀性能及抗氧化性能。
 
   镍基高温合金的发展趋势
 
   (1)更高的高温性能。
 
   航空航天用的高温材料需要更高的承温能力,更高的蠕变性能;
 
   (2)更好的抗腐蚀性能、抗氧化性能。
 
   在合金设计中尽量少添加 Cr 元素,通过添加难溶元素来提高合金的抗腐蚀性能及抗氧化性能,或者进行表面防护涂层;
 
   (3)发展低密度的镍基高温合金。
 
   重量的增加会增大叶片在转动过程中产生的离心力,增加叶片的负载,从而降低叶片使用寿命,所以发展低密度的镍基高温合金是很有必要的;
 
   (4)发展低成本的镍基高温合金。
 
   随着镍基高温合金的不断发展,Re 元素的含量越来越大,而 Re 元素在地球上含量较少,价格较昂贵,如何通过 Ru 元素的添加来提高镍基单晶高温合金的性能从而减少甚至不添加 Re 元素已降低镍基单晶高温合金的成本是未来的发展趋势之一。
 
更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态,我们网站会不断更新。希望大家一直关注国家材料腐蚀与防护科学数据中心http://www.ecorr.org.cn/。 

 
 

关于国家科技资源服务平台

国家科技基础条件平台中心是科技部直属事业单位,致力于推动科技资源优化配置,实现开放共享,其主要职责是:承担国家科技基础条件平台建设项目的过程管理和基础性工作;承担国家科技基础条件平台建设发展战略、规范标准、管理方式、运行状况和问题的研究,以及国际合作与宣传、培训等工作;承担科技基础条件门户系统的建设与运行管理工作;参与对在建和已建国家科技基础条件平台项目的考核评估和运行监督工作。

国家科技资源服务平台相关网站


国家材料腐蚀与防护科学数据中心

国家高能物理科学数据中心

国家基因组科学数据中心

国家微生物科学数据中心

国家空间科学数据中心

国家天文科学数据中心

国家对地观测科学数据中心

国家极地科学数据中心

国家青藏高原科学数据中心

国家生态科学数据中心

国家冰川冻土沙漠科学数据中心

国家计量科学数据中心

国家地球系统科学数据中心

国家人口健康科学数据中心

国家基础学科公共科学数据中心

国家农业科学数据中心

国家林业和草原科学数据中心

国家气象科学数据中心

国家地震科学数据中心

国家海洋科学数据中心