Hva er høytemperaturlegering

Høytemperaturlegeringer er delt inn i tre typer materialer: 760 graders høytemperaturmaterialer, 1200 graders høytemperaturmaterialer og 1500 graders høytemperaturmaterialer, med en strekkstyrke på 800MPa. Med andre ord refererer det til høytemperaturmetallmaterialer som fungerer lenge ved temperaturer over 760--1500 grader og under visse forhold. De har utmerket høytemperaturstyrke, god motstand mot oksidasjon og varmkorrosjon, god tretthetsytelse, bruddseighet og andre omfattende egenskaper. Det har blitt et uerstattelig nøkkelmateriale for varmekomponenter i militære og sivile gassturbinmotorer.

Høytemperatur-hovedlegeringer brukes til å produsere høytemperaturkomponenter som turbinblader, blader, turbinskiver, høytrykksgassturbinskiver og forbrenningskamre for luft-, marine- og industrielle gassturbiner. De brukes også til å produsere romfartskjøretøyer, rakettmotorer, atomreaktorer, petrokjemisk utstyr og kull. konvertering og andre energikonverteringsenheter.

Siden slutten av 1930-tallet har Storbritannia, Tyskland, USA og andre land begynt å studere høytemperaturlegeringer. Under andre verdenskrig, for å møte behovene til nye romfartsmotorer, gikk forskningen og bruken av høytemperaturlegeringer inn i en periode med kraftig utvikling. På begynnelsen av 1940-tallet la Storbritannia først en liten mengde aluminium og titan til 80Ni-20Cr-legeringen for å danne en fase for forsterkning, og utviklet den første nikkelbaserte legeringen med høy styrke ved høye temperaturer. I løpet av samme periode, for å møte behovene til utviklingen av turboladere for stempelflymotorer, begynte USA å bruke Vitallium-koboltbaserte legeringer for å lage blader.

I tillegg har USA også utviklet Inconel nikkel-basert legering for å lage forbrenningskammeret til jetmotorer. Senere, for ytterligere å forbedre høytemperaturstyrken til legeringen, tilsatte metallurger wolfram, molybden, kobolt og andre elementer til den nikkelbaserte legeringen, økte aluminium- og titaninnholdet og utviklet en serie legeringsmerker, som f.eks. den britiske «Nimonic», den amerikanske «Mar-M» og «IN» osv.; i koboltbaserte legeringer tilsettes elementer som nikkel og wolfram for å utvikle en rekke høytemperaturlegeringer, som X-45, HA-188, FSX-414 osv. Pga. på grunn av mangelen på koboltressurser er utviklingen av koboltbaserte superlegeringer begrenset.

På 1940-tallet ble det også utviklet jernbaserte superlegeringer. På 1950-tallet dukket det opp merker som A-286 og Incoloy901. På grunn av dårlig høytemperaturstabilitet har imidlertid utviklingen gått sakte siden 1960-tallet. Sovjetunionen begynte å produsere "ЭИ" merke nikkelbaserte superlegeringer rundt 1950, og senere produserte "ЭП" serie deformerte superlegeringer og ЖС serie støpte superlegeringer. Kina startet prøveproduksjon av høytemperaturlegeringer i 1956, og dannet gradvis "GH"-serien av deformerte superlegeringer og "K"-serien av støpte superlegeringer. På 1970-tallet brukte USA også nye produksjonsprosesser for å produsere retningsbestemte krystalliserte blader og pulvermetallurgiturbinskiver, og utviklet høytemperaturlegeringskomponenter som enkeltkrystallblader for å møte de økende behovene til turbininnløpstemperaturer for flymotorer.

Så langt forsker alle land på nye høytemperaturlegeringer, gjør kontinuerlige gjennombrudd, innovasjoner og utvider bruksområder. I utviklingen av moderne industri har de åpenbart blitt et uunnværlig legeringsmateriale.

(1) Jernbasert høytemperaturlegering

Jernbaserte høytemperaturlegeringer kan også kalles varmebestandige legeringsstål. Matrisen er Fe-element, med en liten mengde Ni, Cr og andre legeringselementer tilsatt. Varmebestandig legert stål kan deles inn i martensitt, austenitt, perlitt, ferritt varmebestandig stål, etc. i henhold til normaliseringskravene.

(2) Nikkelbasert høytemperaturlegering

Nikkelbaserte høytemperaturlegeringer inneholder mer enn halvparten av nikkelen og er egnet for arbeidsforhold over 1000 grader. Ved å bruke solid løsning og aldringsbehandling kan krypemotstanden og trykkflytestyrken forbedres betraktelig. For tiden, basert på analysen av superlegeringer brukt i høytemperaturmiljøer, overgår omfanget av bruk av nikkelbaserte superlegeringer langt bruken av jernbaserte og koboltbaserte superlegeringer. Samtidig er nikkelbasert høytemperaturlegering også den høytemperaturlegeringen med størst produksjon og størst bruk i mitt land. Mange turbinmotorblader og forbrenningskamre, og til og med turboladere, bruker også nikkelbaserte legeringer som forberedelsesmaterialer. I mer enn et halvt århundre har høytemperaturegenskapene til høytemperaturmaterialer brukt i romfartsmotorer økt fra 750 grader på slutten av 1940-tallet til 1200 grader på slutten av 1990-tallet. Det skal sies at denne enorme forbedringen også har ført til forbedringer i støpeprosesser, overflatebelegg osv. Rask utvikling.

(3) Koboltbasert høytemperaturlegering

Koboltbaserte høytemperaturlegeringer bruker kobolt som matrise, og koboltinnholdet utgjør omtrent 60 %. Samtidig må elementer som Cr og Ni tilsettes for å forbedre varmebestandigheten til høytemperaturlegeringen. Selv om denne høytemperaturlegeringen har bedre varmebestandighet, på grunn av forskjellige land, er produksjonen av koboltressurser relativt liten og behandlingen vanskelig, så mengden er ikke stor. Den brukes vanligvis under høytemperaturforhold (600~1000 grader) og høytemperaturdeler utsatt for ekstrem kompleks belastning i lang tid, for eksempel arbeidsbladene til flymotorer, turbinskiver, varmekomponenter i forbrenningskamre og romfartsmotorer. For å oppnå bedre varmebestandighet, under normale forhold, bør elementer som W, MO, Ti, Al og Co tilsettes under forberedelsen for å sikre dens overlegne varmebestandighet og utmattelsesbestandighet.

I henhold til typen legeringsforsterkning kan høytemperaturlegeringer deles inn i solid løsningsforsterkede høytemperaturlegeringer og aldersutfellingsforsterkede legeringer.

(1) Solid løsning forsterket type

Den såkalte solid løsning forsterkende typen er å tilsette noen legeringselementer til jern, nikkel eller koboltbaserte høytemperaturlegeringer for å danne en enfase austenittstruktur. De oppløste atomene forvrenger matriksgitteret i fast løsning, noe som øker sklimotstanden i den faste løsningen og styrker den. Noen oppløste atomer kan redusere stablingsfeilenergien til legeringssystemet, øke tendensen til dislokasjonsdekomponering, vanskeliggjøre kryssgliding og styrke legeringen for å oppnå formålet med å styrke høytemperaturlegeringer.

(2) Forsterkning av aldrende nedbør

Den såkalte aldersutfellingsforsterkningen er en varmebehandlingsprosess der legeringsarbeidsstykket gjennomgår en fast løsningsbehandling, kaldplastisk deformasjon, og plasseres ved høyere temperatur eller romtemperatur for å opprettholde egenskapene. For eksempel: GH4169-legering har en maksimal flytegrense på 1000 MPa ved 650 grader, og legeringstemperaturen for å lage blader kan nå 950 grader.

Delt inn etter materialdannende metoder: støpte høytemperaturlegeringer (inkludert vanlige støpelegeringer, enkrystalllegeringer, retningslegeringer, etc.), deformerte høytemperaturlegeringer og pulvermetallurgiske høytemperaturlegeringer (inkludert vanlig pulvermetallurgi og oksiddispersjon- forsterkede høytemperaturlegeringer).

(1) Støping av høytemperaturlegering

Legeringsmaterialer som bruker støpemetoder for å forberede deler direkte kalles støpte høytemperaturlegeringer. I henhold til sammensetningen av legeringsmatrisen kan den deles inn i tre typer: jernbasert støpe-superlegering, nikkelbasert støpe-superlegering og diamantbasert støpe-superlegering. I henhold til krystalliseringsmetoden kan den deles inn i fire typer: polykrystallinsk støpt superlegering, retningsbestemt størkning støpt superlegering, retningsbestemt eutektisk støpt superlegering og enkeltkrystall støpt superlegering.

(2) Deformert høytemperaturlegering

Det er fortsatt det mest brukte materialet i romfartsmotorer og er mye brukt i inn- og utland. mitt lands årlige produksjon av deformerte superlegeringer er omtrent 1/8 av USAs [2]. Med GH4169-legering som et eksempel, er det hovedvarianten med flest bruksområder i inn- og utland. I mitt land brukes bolter, kompressorer og hjul, og oljeslyngepanner på turboakselmotorer hovedsakelig som hoveddeler. Etter hvert som andre legeringsprodukter blir stadig mer modne, oppstår deformasjon ved høye temperaturer. Bruken av legeringer kan gradvis avta, men vil forbli dominerende i de kommende tiårene.

(3) Ny høytemperaturlegering

Inkludert pulverhøytemperaturlegeringer, titan-aluminium intermetalliske forbindelser, oksiddispersjonsforsterkede høytemperaturlegeringer, korrosjonsbestandige høytemperaturlegeringer, pulvermetallurgi og nanomaterialer og andre produktsegmenter.

①Legeringsgraden til tredje generasjon pulver-superlegeringer har blitt forbedret, slik at den kan ta hensyn til fordelene til de to første generasjonene og oppnå høyere styrke og lavere skade. Produksjonsprosessen av pulversuperlegeringer blir stadig mer moden. I fremtiden kan det utvikles fra følgende aspekter: Pulverpreparering, varmebehandlingsprosess, datasimuleringsteknologi, pulverdisk med to ytelser;

②Titan-aluminium intermetalliske forbindelser er utviklet til fjerde generasjon, og utvides gradvis i de to retningene multi-element mikro-element og stort-element mikro-element. Universitetet i Hamburg i Tyskland, Kyoto-universitetet i Japan og GKSS-senteret i Tyskland har alle utført omfattende forskning på titan. Intermetalliske aluminiumforbindelser brukes nå innen skipsbygging, biomedisin og sportsutstyr;

③ Oksiddispersjonsforsterkede superlegeringer er en del av pulversuperlegeringer. Det er nesten 20 typer under produksjon og utvikling. De har høy høytemperaturstyrke og lave spenningskoeffisienter og er mye brukt i varmebestandige og antioksidasjonskomponenter i gassturbiner, avanserte romfartsmotorer, etc. Petrokjemisk reaktor, etc.;

④Korrosjonsbestandige høytemperaturlegeringer brukes hovedsakelig til å erstatte ildfaste materialer og varmebestandig stål innen konstruksjon og romfart.

NiTi minnelegeringsplate

Medisinsk Nitinol Wire