[拼音]:tieji gaowen hejin
[外文]:iron-base superalloys
以铁为基体、含一定量铬和镍的奥氏体合金, 属高温合金的一种,在600~800℃条件下具有一定的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀的能力。
发展过程铁基高温合金是从奥氏体不锈钢发展起来的。40年代,发现在18-8型不锈钢中加入钼、铌、钛等元素可提高这种钢在500~700℃条件下的持久强度,从而制成以美国牌号 16-25-6(Fe-25Ni-16Cr-6Mo)为代表的加工硬化型奥氏体耐热钢。为了适应航空工业对耐高温材料的需要,发展出一系列沉淀强化型Fe-Ni-Cr系、Fe-Ni-Co-Cr系高温合金,如A286、Incoloy 901等。第二次世界大战期间,德、日等国迫于战争需要和镍资源缺乏,发展出Fe-Cr-Mn系、Fe-Ni-Cr-Mn系高温合金。这样就逐步形成铁基高温合金系列。50年代,美国为节约镍资源还研制出无镍的AF-71(Fe-Cr-Mn系)合金,用于制造燃气轮机部件。中国结合本国资源条件,于50年代末开始研制铁基合金,发展出一系列Fe-Ni-Cr系固溶强化型、沉淀强化型的高温合金,如GH140、GH130、GH135、K13、K14等。
成分和性能铁基高温合金中的镍是形成和稳定奥氏体的主要元素,并在时效处理过程中形成Ni3(Ti、Al)沉淀强化相。铬主要用来提高抗氧化性、抗燃气腐蚀性。钼、钨用来强化固溶体。铝、钛、铌用于沉淀强化。碳、硼、锆等元素则用于强化晶界。铁基高温合金按制造工艺可分为变形高温合金和铸造高温合金,按强化方式可分为加工硬化型、固溶强化型和沉淀强化型高温合金(见金属的强化)。一些典型的铁基高温合金的成分和性能见表。图1为一些铁基高温合金的屈服强度曲线。
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铁基高温合金的基体为奥氏体,主要的沉淀强化相有γ'[Ni3(Ti、Al)]和γ"(Ni3Nb)相两类。此外,还有微量碳化物、硼化物、Laves(如Fe2Mo)相和δ相等。与镍基高温合金组织相比,铁基合金中相组织较复杂,稳定性较差,容易析出η(如Ni3Ti)、σ(如FexCry)、G(如Fe6Ni16Si7)、μ(如Fe7Mo6)和Laves等有害相(见合金相)。几种典型合金的组织见图2。图3
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合金的热处理主要是固溶处理和时效处理,以获得合适的晶粒度,分布合理和大小适宜的强化相,有利的晶界状态,使合金具有良好的综合性能。例如,用于制造涡轮盘件的材料,晶粒度一般在4~5级;γ'相大小约为100~500┱,均匀分布于基体;晶界有分布均匀的球化了的析出相(如碳化物、Laves相等)。
用途铁基高温合金是中等温度 (低于800℃)条件下使用的重要材料,具有较好的中温力学性能和良好的热加工塑性,合金成分比较简单,成本较低。主要用于制作航空发动机和工业燃气轮机上涡轮盘,也可制作导向叶片、涡轮叶片、燃烧室,以及其他承力件、紧固件等。另一用途是制作柴油机上的废气增压涡轮。由于沉淀强化型铁基合金的组织不够稳定,抗氧化性较差,高温强度不足,因而铁基合金不能在更高温度条件下应用。