。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimo
ic75Ni20Cr04Ti,为了提高蠕变强度又添加铝,研制出Nimo
ic80Ni20Cr25Ti一13Al。美国于40年代中期,苏联于40年代后期,中国于50年代中期也研制出镍基高温合金。
镍基高温合金的发展包括两个方面:合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初,真空熔炼技术的发展为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件;50年代后期,采用熔模精密铸造工艺,发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金;60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金;为了满足舰船和工业燃气轮机的需要,60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内,镍基合金的工作温度从700℃提高到1100℃,平均每年提高10℃左右。镍基高温合金的发展趋势如图l所示。
图1镍基高温合金的发展趋势镍基高温合金的发展趋势是耐高温能力更强的单晶高温合金。单晶高温合金由
f于其优异的高温力学I生能得到了广泛应用。至今,单晶高温合金已经发展到第四代。使用温度接近合金熔点8090的第三代镍基单晶高温合金代表了上个世纪末高温合金发展的最高水平。目前,更加优良的第四代单晶的研制已经取得了初步进展3。2000年后出现了第四代单晶高温合金,例如MCNG,EPM102和TMS162,它们的特征是都添加了钌元素4。一个现代单晶涡轮叶片的成本是等重量的微合金钢的数百倍,不仅反映出构成单晶高温合金元素向贵重或稀缺,更显示出所用工艺的先进程度。
3镍基高温合金的性能研究
(一)力学性能20世纪70年代,B.H.Kea
等做持久实验时发现,以挤压比16:1挤压I
100
合金,在1040℃的实验温度下得到1330的延伸率,并认为这与合金中析出的第二相粒子控制晶粒长大有关。粉末高温合金由于其细晶组织而较易得到超塑性,如I
l00、I
713、U700等镍基高温合金可以通过粉末冶金的方法获得超塑性,其延伸率可以达到10005。利用快速凝固法也可以实现高温合金晶粒的微细化,从而得到组织超塑性现象。
毛雪平等6在500600℃高温条件下对镍基合金C276进行了拉伸力学试验,并分析了温度对弹性模量、屈服应力、断裂强度以及延伸率的影响,发现镍基合金C276在高温下具有屈服流变现象和良好的塑性。
(二)氧化行为在高温条件下,抗氧化性靠Al2O3。和Cr2O2。保护膜提供,因此镍基合金必须
含有这两种元素之一或两者都有,尤其是当强度不是合金主要要求时,要特别注意合金的抗高温氧化性能和热腐蚀性能,高温合金的氧化性能随合金元r