市場(chǎng)分析新型高溫合金主要包括:粉末高溫合金、金屬間化合物、ODS合金和高溫金屬自潤(rùn)材料等四種:
粉末高溫合金技術(shù):FGH51粉末高溫合金是采用粉末冶金工藝制備的相沉淀強(qiáng)化型鎳基高溫合金。該合金γ相的體積分?jǐn)?shù)為$,-左右,其形成元素的原子分?jǐn)?shù)為50%左右。合金盤件的制造工藝路線是采用真空感應(yīng)熔煉制取母合金,然后霧化制取預(yù)合金粉末,進(jìn)而制成零件毛坯。與同類鑄、鍛高溫合金相比,它具有組織均勻、晶粒細(xì)小、屈服度高和疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)前650度工作條件下強(qiáng)度水平的一種高溫合金。該種高溫金主要用于高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件,如渦 和承力環(huán)件等 [7] 。
金屬間化合物用于制作各類先進(jìn)運(yùn)載工具動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)的構(gòu)件,減少自重、提能;
ODS合金具有優(yōu)良的高溫蠕變性能、高溫抗氧化性能、抗碳、硫腐蝕性能,可用于制造發(fā)動(dòng)鍵部件,也可用于火力發(fā)電系統(tǒng)、煤氣化爐、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)和工業(yè)鍋爐、玻璃制造、汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆等;
高溫金屬基自潤(rùn)滑材料主要用于生產(chǎn)高溫自潤(rùn)滑軸承,主要用于替代含油軸承、鑲嵌式固體自潤(rùn)滑軸承、雙金屬軸瓦及鑄硫鋼固體潤(rùn)滑軸承(包括鑄鋼表面硫化處理軸承)在冶金設(shè)備上的應(yīng)用,該高溫自潤(rùn)滑軸承具有強(qiáng)度高、承載能力大、潤(rùn)滑效果好、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、噪音小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn) [6] 。
鎳基高溫合金指的是以鎳為基體(含量一般大于50%) 在650~1000℃范圍內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和良好的抗氧化、抗燃?xì)飧g能力的高溫合金。鎳基高溫合金(以下簡(jiǎn)稱鎳基合金)是30年代后期開始研制的。英國(guó)于1941年首先生產(chǎn)出鎳基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti);為了提高蠕變強(qiáng)度又添加鋁,研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美國(guó)于40年代中期,蘇聯(lián)于40年代后期,中國(guó)于50年代中期也研制出鎳基合金。
鎳基合金的發(fā)展包括兩個(gè)方面:合金成分的改進(jìn)和生產(chǎn)工藝的革新。50年代初,真空熔煉技術(shù)的發(fā)展,為煉制含高鋁和鈦的鎳基合金創(chuàng)造了條件。初期的鎳基合金大都是變形合金。50年代后期,由于渦輪葉片工作溫度的提高,要求合金有更高的高溫強(qiáng)度,但是合金的強(qiáng)度高了,就難以變形,甚至不能變形,于是采用熔模精密鑄造工藝,發(fā)展出一系列具有良好高溫強(qiáng)度的鑄造合金。60年代中期發(fā)展出性能更好的定向結(jié)晶和單晶高溫合金以及粉末冶金高溫合金。為了滿足艦船和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的需要,60年代以來還發(fā)展出一批抗熱腐蝕性能較好、組織穩(wěn)定的高鉻鎳基合金。在從40年代初到70年代末大約40年的時(shí)間內(nèi),鎳基合金的工作溫度從 700℃提高到1100℃,平均每年提高10℃左右。鎳基高溫合金的發(fā)展趨勢(shì)見圖1。
一、耐蝕性能和產(chǎn)品形式
哈氏C-22合金是一種Ni-Cr-Mo合金,它對(duì)點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕斷裂均有極強(qiáng)的抵抗力。Ni、Cr、Mo和W的共同作用,使哈氏C-22合金在較大的氧化和還原性環(huán)境范圍內(nèi)具有優(yōu)異的耐蝕性能。 下表所示可見,哈氏C-22合金在大多數(shù)苛刻的環(huán)境中有突出的耐蝕性能,它對(duì)焊接操作或鍛造操作中晶間碳化物的析出和多元相的產(chǎn)生有抵抗性能。
哈氏C-22合金被廣泛地應(yīng)用于煙氣脫硫系統(tǒng)、紙漿和造紙工業(yè)中的漂白系統(tǒng)、垃圾焚化爐、化工廠、制藥廠和放射性垃圾儲(chǔ)存等工業(yè)領(lǐng)域。 哈氏C-22合金強(qiáng)度高,并且有良好的延展性、焊接性和成形性能,因此在ASME和ASTM標(biāo)準(zhǔn)中都有一致的詳細(xì)敘述。其材料產(chǎn)品形式有板材、帶材、管材、棒材和鍛件等。
四、焊接性能
哈氏C-22合金的焊接性能非常好,它可以很容易地以鎢極氣體保護(hù)焊、金屬極氣體保護(hù)焊、埋弧焊等方法焊接,填料金屬要求有與之相匹配的化學(xué)成分。 五、機(jī)械性能 哈氏C-22合金具有良好的熱加工性能。其退火狀態(tài)室溫下的機(jī)械性能如下表所示,測(cè)試板材厚度范圍4.76mm到50.8mm.
4:Hastelloy C-59 Alloy(哈氏C-59合金)
一、引言
C-59是一種超低碳Ni-Cr-Mo合金,具有優(yōu)異的耐蝕性能和高機(jī)械強(qiáng)度。其性質(zhì)有如下幾條:
1、在氧化性和還原性條件下有廣泛的耐蝕性能;
2、對(duì)點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕有良好的抵抗力,同時(shí)對(duì)氯致應(yīng)力腐蝕斷裂有免疫特性。
3、對(duì)無(wú)機(jī)酸如硝酸、磷酸、硫酸、鹽酸和硫酸鹽酸混合酸有良好的耐蝕性能;
4、對(duì)含有雜質(zhì)的無(wú)機(jī)酸同樣有良好的耐蝕性能;
5、對(duì)40℃以下任何濃度的鹽酸有良好的耐蝕性能;
6、被許可在-196-450℃之間使用于壓力容器上;
7、被NACE標(biāo)準(zhǔn)MR-01-75 Ⅶ級(jí)許可使用在酸氣環(huán)境下。 (NACE是美國(guó)和印度的電子顧問委員會(huì))
應(yīng)用:C-59合金在化工、石油化工、能源和環(huán)保工程等。
1、含氯有機(jī)過程設(shè)備,尤其是在有鹵族酸性催化劑存在的情況下;
2、紙漿和造紙工業(yè)中的溶解和漂白系統(tǒng)設(shè)備;
3、焚化爐和煙氣脫硫系統(tǒng)的預(yù)熱器、閥門、葉輪等元件;
4、酸氣處理系統(tǒng)設(shè)備和元件;
5、醋酸和醋酐反應(yīng)器;
6、硫酸冷凝器。
四、物理性能
密度:8.6g/cm3 熔點(diǎn)范圍:1310-1360℃ 磁導(dǎo)率:20℃,(RT)≤1.001 高溫下的物理性能
采用霧化高溫合金粉末,經(jīng)熱等靜壓成型或熱等靜壓后再經(jīng)鍛造成型的生產(chǎn)工藝制造出高溫合金粉末的產(chǎn)品。采用粉末冶金工藝,由于粉末顆粒細(xì)小,冷卻速度快,從而成分均勻,無(wú)宏觀偏析,而且晶粒細(xì)小,熱加工性能好,金屬利用率高,成本低,尤其是合金的屈服強(qiáng)度和疲勞性能有較大的提高。
FGH95粉末冶金高溫合金,650℃拉伸強(qiáng)度1500MPa;1034MPa應(yīng)力下持久壽命大于50小時(shí),是當(dāng)前在650℃工作條件下強(qiáng)度水平ZUI高的一種盤件粉末冶金高溫合金。粉末冶金高溫合金可以滿足應(yīng)力水平較高的發(fā)動(dòng)機(jī)的使用要求,是高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)渦 、壓氣機(jī)盤和渦輪擋板等高溫部件的選擇材料。
四、氧化物彌散強(qiáng)化(ODS)合金
是采用獨(dú)特的機(jī)械合金化(MA)工藝,超細(xì)的(小于50nm)在高溫下具有超穩(wěn)定的氧化物彌散強(qiáng)化相均勻地分散于合金基體中,而形成的一種特殊的高溫合金。其合金強(qiáng)度在接近合金本身熔點(diǎn)的條件下仍可維持,具有優(yōu)良的高溫蠕變性能、優(yōu)越的高溫抗氧化性能、抗碳、硫腐蝕性能。
目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的主要有三種ODS合金:
MA956合金 在氧化氣氛下使用溫度可達(dá)1350℃,居高溫合金抗氧化、抗碳、硫腐蝕之首位??捎糜诤娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)襯。
MA754合金 在氧化氣氛下使用溫度可達(dá)1250℃并保持相當(dāng)高的高溫強(qiáng)度、耐中堿玻璃腐蝕。現(xiàn)已用于制作航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向器蓖齒環(huán)和導(dǎo)向葉片。
MA6000合金 在1100℃拉伸強(qiáng)度為222MPa、屈服強(qiáng)度為192MPa;1100℃,1000小時(shí)持久強(qiáng)度為127MPa,居高溫合金之首位,可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。
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