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高温合金知识
高温合金是在高温严酷的机械应力和氧化、腐蚀环境下应用的一类合金。随着科技事业的发展，高温合金逐渐形成六个较为完整的部分。
一、变形高温合金
变形高温合金是指可以进行热、冷变形加工，工作温度范围-253～1320℃，具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标，具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能的一类合金。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。
1、固溶强化型合金
使用温度范围为900～1300℃，ZUI高抗氧化温度达1320℃。例如GH128合金，室温拉伸强度为850MPa、屈服强度为350MPa；1000℃拉伸强度为140MPa、延伸率为85%,1000℃、30MPa应力的持久寿命为200小时、延伸率40%。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。
2、时效强化型合金
使用温度为-253～950℃，一般用于制作航空、航天发动机的涡 与叶片等结构件。制作涡 的合金工作温度为-253～700℃,要求具有良好的高低温强度和抗疲劳性能。 例如：GH4169合金，在650℃的ZUI高屈服强度达1000MPa；制作叶片的合金温度可达950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸强度为490MPa，940℃、200MPa的持久寿命大于40小时。
变形高温合金主要为航天、航空、核能、石油民用工业提供结构锻件、饼材、环件、棒材、板材、管材、带材和丝材。
二、铸造高温合金
铸造高温合金是指可以或只能用铸造方法成型零件的一类高温合金。其主要特点是：
1. 具有更宽的成分范围 由于可不必兼顾其变形加工性能，合金的设计可以集中考虑优化其使用性能。如对于镍基高温合金，可通过调整成分使γ’含量达60%或更高，从而在高达合金熔点85%的温度下，合金仍能保持优良性能。
2. 具有更广阔的应用领域 由于铸造方法具有的特殊优点，可根据零件的使用需要，设计、制造出近终形或无余量的具有任意复杂结构和形状的高温合金铸件。
根据铸造合金的使用温度，可以分为以下三类：
第YI类：在-253～650℃使用的等轴晶铸造高温合金 这类合金在很大的范围温度内具有良好的综合性能，特别是在低温下能保持强度和塑性均不下降。如在航空、航天发动机上用量较大的K4169合金，其650℃拉伸强度为1000MPa、屈服强度850MPa、拉伸塑性15%；650℃，620MPa应力下的持久寿命为200小时。已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。
第二类：在650～950 ℃使用的等轴晶铸造高温合金 这类合金在高温下有较高的力学性能及抗热腐蚀性能。例如K419合金，950℃时，拉伸强度大于700MPa、拉伸塑性大于6%；950℃，200小时的持久强度极限大于230MPa。这类合金适于用做航空发动机涡轮叶片、导向叶片及整铸涡轮。
第三类： 在950～1100℃ 使用的定向凝固柱晶和单晶高温合金 这类合金在此温度范围内具有优良的综合性能和抗氧化、抗热腐蚀性能。例如DD402单晶合金，1100℃、130MPa的应力下持久寿命大于100小时。这是国内使用温度ZUI高的涡轮叶片材料，适用于制作新型高性能发动机的一级涡轮叶片。
随着精密铸造工艺技术的不断提高，新的特殊工艺也不断出现。细晶铸造技术、定向凝固技术、复杂薄壁结构件的CA技术等都使铸造高温合金水平大大提高，应用范围不断提高。
三、粉末冶金高温合金
采用雾化高温合金粉末，经热等静压成型或热等静压后再经锻造成型的生产工艺制造出高温合金粉末的产品。采用粉末冶金工艺，由于粉末颗粒细小，冷却速度快，从而成分均匀，无宏观偏析，而且晶粒细小，热加工性能好，金属利用率高，成本低，尤其是合金的屈服强度和疲劳性能有较大的提高。
FGH95粉末冶金高温合金，650℃拉伸强度1500MPa；1034MPa应力下持久寿命大于50小时，是当前在650℃工作条件下强度水平ZUI高的一种盘件粉末冶金高温合金。粉末冶金高温合金可以满足应力水平较高的发动机的使用要求,是高推重比发动机涡 、压气机盘和涡轮挡板等高温部件的选择材料。
四、氧化物弥散强化（ODS）合金
是采用独特的机械合金化(MA)工艺，超细的(小于50nm)在高温下具有超稳定的氧化物弥散强化相均匀地分散于合金基体中，而形成的一种特殊的高温合金。其合金强度在接近合金本身熔点的条件下仍可维持，具有优良的高温蠕变性能、优越的高温抗氧化性能、抗碳、硫腐蚀性能。
目前已实现商业化生产的主要有三种ODS合金：
MA956合金 在氧化气氛下使用温度可达1350℃，居高温合金抗氧化、抗碳、硫腐蚀之首位。可用于航空发动机燃烧室内衬。
MA754合金 在氧化气氛下使用温度可达1250℃并保持相当高的高温强度、耐中碱玻璃腐蚀。现已用于制作航空发动机导向器蓖齿环和导向叶片。
MA6000合金 在1100℃拉伸强度为222MPa、屈服强度为192MPa；1100℃，1000小时持久强度为127MPa，居高温合金之首位，可用于航空发动机叶片。
五、金属间化合物高温材料
金属间化合物高温材料是近期研究开发的一类有重要应用前景的、轻比重高温材料。十几年来，对金属间化合物的基础性研究、合金设计、工艺流程的开发以及应用研究已经成熟，尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制备加工技术、韧化和强化、力学性能以及应用研究方面取得了令人瞩目的成就。
Ti3Al基合金（TAC-1），TiAl基合金（TAC-2）以及Ti2AlNb基合金具有低密度（3.8～5.8g/cm3）、高温高强度、高钢度以及优异的抗氧化、抗蠕变等优点，可以使结构件减重35～50%。 Ni3Al基合金，MX-246具有很好的耐腐蚀、耐磨损和耐气蚀性能，展示出极好的应用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蚀性能，在中温（小于600℃）有较高强度，成本低，是一种可以部分取代不锈钢的新材料。
六、环境高温合金
在民用工业的很多领域，服役的构件材料都处于高温的腐蚀环境中。为满足市场需要，根据材料的使用环境，归类出系列高温合金。
1、 高温合金母合金系列
2、 抗腐蚀高温合金板、棒、丝、带、管及锻件
3、 高强度、耐腐蚀高温合金棒材、弹簧丝、焊丝、板、带材、锻件
4、 耐玻璃腐蚀系列产品
5、 环境耐蚀、硬表面耐磨高温合金系列
6、 特种精密铸造零件（叶片、增压涡轮、涡轮转子、导向器、仪表接头）
7、 玻棉生产用离心器、高温轴及辅件 8、 钢坯加热炉用钴基合金耐热垫块和滑轨
9、 阀门座圈
10、 铸造“U”形电阻带
11、 离心铸管系列
12、 纳米材料系列产品
13、 轻比重高温结构材料
14、 功能材料（膨胀合金、高温高弹性合金、恒弹性合金系列）
15、 生物医学材料系列产品
16、 电子工程用靶材系列产品
17、 动力装置喷嘴系列产品
18、 司太立合金耐磨片
19、 超高温抗氧化腐蚀炉辊、辐射管。
目前各种先进铸件制造技术和加工设备在不断开发和完善，如热控凝固、细晶工艺、激光成形修复技术、耐磨铸件铸造技术等，原有技术水平不断提高完善从而提高各种高温合金铸件产品的质量一致性和可靠性。
不含或少含铝、钛的高温合金，一般采用电弧炉或非真空感应炉冶炼。含铝、钛高的高温合金如在大气中熔炼时，元素烧损不易控制，气体和夹杂物进入较多，所以应采用真空冶炼。为了进一步降低夹杂物的含量，改善夹杂物的分布状态和铸锭的结晶组织，可采用冶炼和二次重熔相结合的双联工艺。冶炼的主要手段有电弧炉、真空感应炉和非真空感应炉；重熔的主要手段有真空自耗炉和电渣炉。
固溶强化型合金和含铝、钛低（铝和钛的总量约小于4.5%）的合金锭可采用锻造开坯；含铝、钛高的合金一般要采用挤压或轧制开坯，然后热轧成材，有些产品需进一步冷轧或冷拔。直径较大的合金锭或饼材需用水压机或快锻液压机锻造。
2、结晶冶金工艺
为了减少或铸造合金中垂直于应力轴的晶界和减少或疏松，近年来又发展出定向结晶工艺。这种工艺是在合金凝固过程中使晶粒沿一个结晶方向生长，以得到无横向晶界的平行柱状晶。实现定向结晶的首要工艺条件是在液相线和固相线之间建立并保持足够大的轴向温度梯度和良好的轴向散热条件。此外，为了全部晶界，还需研究单晶叶片的制造工艺。
3、粉末冶金工艺
粉末冶金工艺，主要用以生产沉淀强化型和氧化物弥散强化型高温合金。这种工艺可使一般不能变形的铸造高温合金获得可塑性甚至超塑性。
4、强度提高工艺
⑴固溶强化
加入与基体金属原子尺寸不同的元素(铬、钨、钼等)引起基体金属点阵的畸变，加入能降低合金基体堆垛层错能的元素（如钴）和加入能减缓基体元素扩散速率的元素（钨、钼等），以强化基体。
⑵ 沉淀强化
通过时效处理，从过饱和固溶体中析出第二相（γ’、γ"、碳化物等），以强化合金。γ‘相与基体相同，均为面心立方结构，点阵常数与基体相近，并与晶体共格，因此γ相在基体中能呈细小颗粒状均匀析出，阻碍位错运动，而产生显著的强化作用。γ’相是A3B型金属间化合物，A代表镍、钴，B代表铝、钛、铌、钽、钒、钨，而铬、钼、铁既可为A又可为B。镍基合金中典型的γ‘相为Ni3(Al,Ti)。γ’相的强化效应可通过以下途径得到加强：
①增加γ‘相的数量；
②使γ’相与基体有适宜的错配度，以获得共格畸变的强化效应；
③加入铌、钽等元素增大γ’相的反相畴界能，以提高其抵抗位错切割的能力；
④加入钴、钨、钼等元素提高γ‘相的强度。γ"相为体心四方结构，其组成为Ni3Nb。因γ"相与基体的错配度较大,能引起较大程度的共格畸变，使合金获得很高的屈服强度。但超过700℃，强化效应便明显降低。钴基高温合金一般不含γ相，而用碳化物强化。
中国高温合JIN牌号:
GH1015 GH1016 GH1035 GH1040 GH1131 GH1139 GH1140 GH2035A GH2036 GH2038 GH2130 GH2132 GH15 GH16 GH35 GH40 GH131 GH139 GH140 GH35A GH36 GH38A GH130 GH132 GH2135 GH2150 GH2302 GH2696 GH2706 GH2747 GH2761 GH2901 GH2903 GH2907 GH2909 GH2984 GH3007 GH3030 GH3039 GH3044 GH3128 GH3170 GH3536 GH3600 GH135 GH150 GH302 GH696 GH706 GH747 GH761 GH901 GH903 GH907 GH909 GH984 GH5K GH30 GH44 GH128 GH170 GH536 GH600 GH3625 GH3652 GH4033 GH4037 GH4049 GH4080A GH4090 GH4093 GH4098 GH4099 GH4105 GH4133 GH4133B GH4141 GH4145 GH4163 GH4169 GH4199 GH4202 GH4220 GH625 GH652 GH33 GH37 GH49 GH80A GH90 GH93 GH98 GH99 GH105 GH33A GH4133B GH141 GH145 GH163 GH169 GH199 GH202 GH220 GH4413 GH4500 GH4586 GH4648 GH4698 GH4708 GH4710 GH4738 GH4742 GH5188 GH5605 GH5941 GH6159 GH6783 GH413 GH500 GH586 GH648 GH698 GH708 GH710 GH738 GH684 GH742 GH188 GH605 GH941 GH159 GH783 K211 K213 K214 K401 K402 K403 K405 K406 K406C K407 K408 K409 K412 K417 K417G K417L K418 K418B K419 K419H K11 K13 K14 K1 K2 K3 K5 K6 K6C K7 K8 K9 K12 K17 K17G K17L K18 K18B K19 K19H K423 K423A K424 K430 K438 K438G K441 K461 K477 K480 K491 K4002 K4130 K4163 K4169 K4202 K4242 K4536 K4537 K4648 K4708 K23 K23A K26 K430 K38 K38G K41 K461 K77 K80 K91 K002 K130 K163 K4169 K202 K242 K536 K537 K648 K708 K605 K610 K612 K640 K640M K6188 K825 K605 K10 K612 K40 K40M K188 K25 DZ404 DZ405 DZ417G DZ422 DZ422B DZ438G DZ4002 DZ4125 DZ4125L DZ640M DZ4 DZ5 DZ17G DZ22 DZ22B DZ38G DZ002 DZ125 DZ125L DZ40M DD402 DD403 DD404 DD406 DD408 DD3 DD4 DD6 DD8 HGH1035 HGH1040 HGH1068 HGH1131 HGH1139 HGH1140 HGH2036 HGH2038 HGH2042 HGH35 HGH40 HGH68 HGH131 HGH139 HGH140 HGH36 HGH38 HGH42 HGH2132 HGH2135 HGH2150 HGH3030 HGH3039 HGH3041 HGH3044 HGH3113 HGH3128 HGH3367 HGH3533 HGH3536 HGH3600 HGH4033 HGH4145 HGH4169 HGH4356 HGH4642 HGH4648 HGH132 HGH135 HGH150 HGH30 HGH39 HGH41 HGH44 HGH113 HGH128 HGH367 HGH533 HGH536 HGH600 HGH33 HGH145 HGH169 HGH356 HGH642 HGH648 FGH4095 FGH4096 FGH4097 FGH95 FGH96 FGH97 MGH2756 MGH2757 MGH4754 MGH4755 MGH4758 MGH2756 MGH2757 MGH754 MGH5K JG1101 JG1102 JG1201 JG1202 JG1203 JG1204 JG1301 JG1302 JG4006 JG4006A JG4246 JG4246A TAC-2 TAC-2M TAC-3A TAC-3B TAC-3C TAC-3D TAC-1 TAC-1B IC6 IC6A MX246 MX246A)
美国高温合金:
405 406 409 430 434 439 18SR 18Cr-2Mo 446 E-Brite26-1 26-1Ti 29Cr-4Mo 403 410 416 422 H-46 MolyAscoloy GreekAscoloy JetheteM-152 Almar363 431 Custom450 Custom455 15-5PH 17-4PH PH13-8Mo AM-350 S40500 S40900 S43000 S43400 S43927 S44600 S44627 S40300 S41000 S41600 S42200 S43100 S15500 S17400 S13800 S35000 AM-355 17-7PH PH15-7Mo 304 304L 304N 309 310 316 316L 316N 317 321 347 19-9DL 17-14-CuMo 202 216 21-6-9 Nitronic32 Nitronic33 Nitronic60 Carpenter18-18Plus S35500 S17700 S15700 S30400 S30403 S30451 S30900 S31000 S31600 S31603 S31651 S31700 S32100 S34700 K63198 K63199 S20200 S21600 S21900 16-25-6 17-14CuMo 19-9DL Carpenter20Cb-3 Incoloy800 Incoloy801 Incoloy802 N-155 RA330 Haynes25(L-605) Haynes188 S-816 Stellite6B UMCo-50 HastelloyB HastelloyB-2 HastelloyC HastelloyC-4 HastelloyC-276 HastelloyN HastelloyS HastelloyW HastelloyX Incone1600 Incone1601 Incone1604 Incone1617 Incone1625 NA-224 Nimonie75 RA-333 A-286 Discaloy Haynes556 Incoloy903 PyrometCTX-1 K63198 N08020 N0800 N08801 R30155 N08330 R30605 R30188 R30816 N10001 N10065 N10002 N06455 N10276 N10003 N10004 N06002 N06600 N06601 N06625 N06333 K66286 K66220 V-57 W-545 AR-213 MP-35N MP-159 Astroloy D-979 IN100 IN102 Incoloy901 Incoloy1706 Incoloy1718 Incoloy1751 IncoloyIX750 M252 Nimonic80A Nimonic90 Nimonic95 Nimonic100 Nimonic105 Nimonic115 Nimonic263 Pyromet860 Refractory26 Rene4L Rene95 Rene100 Udimet500 Udimet520 Udimet630 Udimet700 Udimet710 UnitempAF2-1DA Waspaloy K66545 R30035 N09979 K66979 N13100 N06102 N09901 N09706 N07718 N07750 N07252 N07080 N07090 N07041 N07500 N07001 HA HC HD HE HF HH HI HK HLHN HP HP-50WZ HT HU HW HX J92605 J93005 J93403 J92603 J93503 J94003 J94224 J94604 J94213 J94605 A217 A297 A608 A567 A351 B-1900 HastelloyX IN-100 IN-738X IN-792 Inconel713C Inconel713LC Inconel718 InconelX-750 M-252 MAR-M200 MAR-M246 MAR-M247 NX188(DS) Rene77 Rene80 Rene100 TRWNASIA Udimet500 Udimet700 Udimet710 Waspaloy WAZ-20(DS) AiResist13 AiResist213 AiResist215 Haynes21 Haynes25,L-605 Haynes151 J-1650 MAR-M302 MAR-M322 MAR-M509 MAR-M918 NASACo-W-Re S-816 V-36 WI-52 X-40
英国高温合金:
N75 N80A N90 N105 N115 N118 N901 N263 NimonicPE11 NimonicPE16 NimonicPK33 EPK57 PE13 C130 C242 C1023 NimocastPE10 NimocastPD16 NimocastPD18 NimocastPK24 Stellite31 MM002 Haynes25
法国高温合金:
ATVSMo ATVS2 ATVS7 ATVS7Mo ATGC1 ATGE ATGE2 ATGF ATGM2 ATGR ATGS3 ATGS4 ATGS8 ATGS9 ATGW0 ATGW1 ATGW2 ATGW3 ATGW4 ATGX ATGXX ATG33 ARC1628 ARC6015 NCRALZ NCRALC NCRALK25 KCN22W NW12KCATHf NC15K10DAT KC25NW 28NCD Z6NCT25 Z3NCT25-Z4CDT26 Z10NKC30 Z6NKCDT.38 NC19FeNb NC22FeD NC22FeD NC22FeDNb NC15TNbA KC20WN NK15CAT NC20T NC20TA NC20KTA NK27CADT NC13AD NCK20D NC20K14 NC20KDTA NK18CDAT NCK18TDA Z12CNKDW20 Z42CKNDW20 Z6NCKDW45 ND27FeV NC17DWY NC15Fe 25NC3520 NC21FeDU KCN22W NW12KCATHf NC15K10DAT KC25NW Z8NCD
德国高温合金:
NiMo16Cr NiCr22Mo NiCr21Fe18Mo NiCr20Mo15 NiMo16Cr16Ti S-NiMo16Cr16Ti S-NiMo15Cr15 S-NiCr21Fe18Mo S-NiMo27 S-NiMo29 NiMo28 NiCr22Mo6Cu NiCr22Mo7Cu S-NiCr16FeMn NiCr20Ti NiCr20TiAl NiCr20Co18Ti NiCo20Cr15MoAlTi NiCo15Cr15MoAlTi S-NiCr20 NiCr15Fe NiCr21Mo5Cu NiCo20Cr20MoTi S-NiCr20Mo9 S-NiCr28Mo S-NiCr27Mo S-NiCr29Mo S-NiCr19Mo15 NiCr30 NiCr20CuMo NiCr23Co12Mo NiCr23Co12Mo NiCr19NbMo NiCr15Fe7TiAl GNiCr50Nb NiCr16TiAl S-NiMo28 S-NiCr15FeTi S-NiCr15FeNb S-NiCr20Nb S-NiCr15FeMn S-NiCr20 NiMo30 NiCr20Mo15 G-NiCr50Nb NiCr15Fe NiMo16Cr15W S-NiCr20Mo15 G-X40NiCrSiNb3818 X15NiCrNb3221 NiCr23Fe G-X40NiCrSiNb3525 X40NiCrNb3525 G-X30CrNiSiNb2424 NiCr22Mo9Nb GX40NiCrSi3525 NiCr21Mo G-X10NiCrNb3220 NiCr3020 X10NiCr3220 X12NiCr3618 X12NiCrSi3616 G-X40NiCrSi3818 NiCr6015,NiFe20Cr15 G-X50CrNi3030 NiCr8020,NiCr20 NiCr10 X10NiCrAlTi3220 G-NiCr28W S-NiCr28W G-NiMo30 G-NiMo16Cr S-NiMo16Cr16W S-NiMo15Cr15W NiCr20Ti NiCr20TiAl NiFe25Cr20NbTi X7CrNiCo212020 G-X15CrNiCo212020 X40CrNiCoNb1313 CoCr20W15Ni CoCr20W15Ni GX7CrNiNb1613 NiCr20Co18Ti X12CrCoNi2120 NiCr19CoMo NiFeCr12Mo NiCr20Mo X40CoCrNi2020 X50CoCrNi2020 CoCr28MoNi X5NiCrTi2615 X8CrNiMoNb1616 NiCr20CbMo NiCr18Co CoCr20Ni20W 2.4602 2.4603 2.4605 2.4606 2.4607 2.4610 2.4611 2.4612 2.4613 2.4615 2.4616 2.4617 2.4618 2.4619 2.4620 2.4630 2.4631 2.4632 2.4634 2.4636 2.4639 2.4640 2.4641 2.4650 2.4651 2.4653 2.4654 2.4655 2.4656 2.4657 2.4658 2.4660 2.4662 2.4663 2.4665 2.4666 2.4668 2.4669 2.4670 2.4676 2.4680 2.4685 2.4686 2.4890 2.4802 2.4803 2.4805 2.4806 2.4807 2.4508 2.4810 2.4811 2.4813 2.4816 2.4819 2.4839 2.4849 2.4850 2.4851 2.4852 2.4853 2.4855 2.4856 2.4857 2.4858 2.4859 2.4860 2.4861 2.4863 2.4864 2.4865 2.4867 1.4868 2.4869 2.4870 1.4876 2.4879 2.4882 2.4883 2.4886 2.4887 2.4951 2.4952 1.4954 2.4955 1.4956 1.4957 1.4960 2.4964 2.4967 1.4968 2.4969 1.4971 2.4973 1.4974 2.4975 2.4976 1.4977 1.4978 1.4979 1.4980 1.4981 2.4982 2.4983 2.4989
日本高温合金:
NCF600 NCF601 NCF750 NCF751 NCF800 NCF800H NCF825 NCF80A NCF1B NCF3 NCF2B
