Welches Material ist eine Hochtemperaturlegierung? Was umfassen hauptsächlich hochtemperaturbeständige Legierungsmaterialien?
Hochtemperaturlegierungen sind eine Art von Legierung, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen, starker mechanischer Beanspruchung sowie Oxidation und Korrosion verwendet wird. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie sind aus Hochtemperaturlegierungen nach und nach sechs relativ vollständige Teile entstanden.
1. Verformte Hochtemperaturlegierung
Verformte Hochtemperaturlegierung bezieht sich auf eine Art Legierung, die durch Heiß- und Kaltverformung verarbeitet werden kann, einen Betriebstemperaturbereich von -253 ~ 1320 Grad hat, gute mechanische Eigenschaften, umfassende Festigkeits- und Zähigkeitsindikatoren aufweist und hohe Werte aufweist Antioxidations- und Korrosionsschutzeigenschaften. Je nach Wärmebehandlungsprozess kann es in kristallverfestigte Legierungen und alterungsverstärkte Legierungen unterteilt werden.
1. Durch feste Lösung verstärkte Legierung
Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen 900 und 1300 Grad und die maximale Antioxidationstemperatur erreicht 1320 Grad. Beispielsweise hat die GH128-Legierung eine Zugfestigkeit von 850 MPa und eine Streckgrenze von 350 MPa bei Raumtemperatur; eine Zugfestigkeit von 140 MPa und eine Dehnung von 85 % bei 1000 Grad; eine dauerhafte Lebensdauer von 200 Stunden und eine Dehnung von 40 % bei 1000 Grad und 30 MPa Belastung. Legierungen in fester Lösung werden im Allgemeinen zur Herstellung von Brennkammern, Gehäusen und anderen Komponenten von Luft- und Raumfahrtmotoren verwendet.
2. Alterungsverstärkte Legierung
Die Betriebstemperatur beträgt -253~950 Grad und wird im Allgemeinen zur Herstellung von Strukturteilen wie Turbinenscheiben und -schaufeln für Luft- und Raumfahrtmotoren verwendet. Die zur Herstellung von Turbinenscheiben verwendete Legierung hat eine Arbeitstemperatur von -253~700 Grad und muss eine gute Hoch- und Tieftemperaturfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit aufweisen. Beispiel: Die Legierung GH4169 hat eine maximale Streckgrenze von 1000 MPa bei 650 Grad; Die Legierungstemperatur zur Herstellung von Klingen kann 950 Grad erreichen. Beispiel: Die GH220-Legierung hat eine Zugfestigkeit von 490 MPa bei 950 Grad und eine Lebensdauer von mehr als 40 Stunden bei 940 Grad und 200 MPa.
Verformte Superlegierungen liefern hauptsächlich strukturelle Schmiedeteile, Kuchen, Ringe, Stangen, Platten, Rohre, Bänder und Drähte für die Luft- und Raumfahrt-, Luftfahrt-, Kernenergie- und Erdölindustrie.
2. Gießen von Hochtemperaturlegierungen
Unter Guss-Hochtemperaturlegierungen versteht man eine Art von Hochtemperaturlegierungen, die durch Gussverfahren oder nur durch Gussverfahren geformt werden können. Seine Hauptmerkmale sind:
1. Hat einen größeren Zusammensetzungsbereich. Da die Verformungsleistung nicht berücksichtigt werden muss, kann sich die Konstruktion der Legierung auf die Optimierung ihrer Leistung konzentrieren. Beispielsweise kann bei Hochtemperaturlegierungen auf Nickelbasis die Zusammensetzung so angepasst werden, dass der '-Gehalt 60 % oder mehr erreicht, sodass die Legierung bei Temperaturen bis zu 85 % des Schmelzpunkts der Legierung noch hervorragende Eigenschaften beibehalten kann .
2. Hat ein breiteres Anwendungsfeld. Aufgrund der besonderen Vorteile des Gussverfahrens können Gussteile aus Hochtemperaturlegierungen mit nahezu endförmiger Form oder ohne Spielraum mit jeder komplexen Struktur und Form entsprechend den Verwendungsanforderungen der Teile entworfen und hergestellt werden.
Entsprechend der Gebrauchstemperatur von Gusslegierungen können diese in die folgenden drei Kategorien eingeteilt werden:
Kategorie 1: Gleichachsige Kristallguss-Hochtemperaturlegierungen, die bei -253~650 Grad verwendet werden. Dieser Legierungstyp weist über einen weiten Temperaturbereich gute umfassende Eigenschaften auf, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, wo sowohl Festigkeit als auch Plastizität ohne Verschlechterung erhalten bleiben. Beispielsweise hat die Legierung K4169, die in großen Mengen in Luft- und Raumfahrtmotoren verwendet wird, eine Zugfestigkeit von 1000 MPa bei 650 Grad, eine Streckgrenze von 850 MPa und eine Zugplastizität von 15 %; Die Lebensdauer unter 620 MPa Belastung bei 650 Grad beträgt 200 Stunden. Es wurde zur Herstellung von Diffusorgehäusen in Luft- und Raumfahrtmotoren und komplexen Strukturteilen für verschiedene Pumpen in Luft- und Raumfahrtmotoren verwendet.
Kategorie 2: Gleichachsige Kristallguss-Hochtemperaturlegierungen, die bei 650 bis 950 Grad verwendet werden. Diese Art von Legierung weist hohe mechanische Eigenschaften und Heißkorrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen auf. Beispielsweise hat die K419-Legierung eine Zugfestigkeit von mehr als 700 MPa und eine Zugplastizität von mehr als 6 % bei 950 Grad; Bei 950 Grad liegt die Höchstfestigkeitsgrenze für 200 Stunden bei mehr als 230 MPa. Diese Art von Legierung eignet sich für den Einsatz als Turbinenschaufeln, Leitschaufeln und integral gegossene Turbinen von Flugzeugtriebwerken.
Kategorie III: Gerichtet erstarrte säulenförmige Kristall- und Einkristall-Hochtemperaturlegierungen, die bei 950-1100 Grad verwendet werden. Dieser Legierungstyp weist in diesem Temperaturbereich hervorragende umfassende Eigenschaften sowie Antioxidations- und Anti-Heißkorrosionseigenschaften auf. Beispielsweise hat die Einkristalllegierung DD402 eine dauerhafte Lebensdauer von mehr als 100 Stunden unter einer Belastung von 1100 Grad und 130 MPa. Dies ist das heißeste in China verwendete Turbinenschaufelmaterial und eignet sich für die Herstellung von Turbinenschaufeln der ersten Stufe für neue Hochleistungstriebwerke.
Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Präzisionsgusstechnik entstehen auch immer wieder neue Spezialverfahren. Die Feinkorngusstechnologie, die gerichtete Erstarrungstechnologie und die CA-Technologie für komplexe dünnwandige Strukturteile haben das Niveau des Gießens von Hochtemperaturlegierungen erheblich verbessert und ihr Anwendungsbereich hat sich weiter erweitert.
3. Pulvermetallurgische Hochtemperaturlegierungen
Produkte aus Hochtemperaturlegierungspulver werden durch zerstäubtes Hochtemperaturlegierungspulver, heißisostatisches Pressen oder heißisostatisches Pressen und anschließendes Schmieden hergestellt. Bei Verwendung des Pulvermetallurgieverfahrens ist die Zusammensetzung aufgrund der kleinen Pulverpartikel und der schnellen Abkühlgeschwindigkeit gleichmäßig, es gibt keine Makroseigerung und die Körner sind klein, die Heißverarbeitungsleistung ist gut, die Metallausnutzungsrate ist hoch und die Kosten sind niedrig Insbesondere werden die Streckgrenze und die Ermüdungseigenschaften der Legierung verbessert. Großer Fortschritt.
Die pulvermetallurgische Superlegierung FGH95 hat eine Zugfestigkeit von 1500 MPa bei 650 Grad und eine dauerhafte Lebensdauer von mehr als 50 Stunden unter einer Belastung von 1034 MPa. Es handelt sich derzeit um die Plattenpulvermetallurgie-Superlegierung mit der höchsten Festigkeit unter Arbeitsbedingungen von 650 Grad. Pulvermetallurgische Hochtemperaturlegierungen können die Anforderungen von Motoren mit höheren Belastungen erfüllen und sind die Materialien der Wahl für Hochtemperaturkomponenten wie Turbinenscheiben, Kompressorscheiben und Turbinenleitbleche in Motoren mit hohen Schub-Gewichts-Verhältnissen.
4. Legierung zur Verstärkung der Oxiddispersion (ODS).
Es handelt sich um eine spezielle Hochtemperaturlegierung, die mithilfe eines einzigartigen mechanischen Legierungsverfahrens (MA) hergestellt wird. Ultrafeine (weniger als 50 nm) Oxiddispersionsverfestigungsphasen mit ultrastabilen Oxiddispersionsverfestigungsphasen bei hohen Temperaturen werden gleichmäßig in der Legierungsmatrix verteilt. Seine Legierungsfestigkeit kann auch unter Bedingungen nahe dem Schmelzpunkt der Legierung selbst aufrechterhalten werden und weist hervorragende Hochtemperatur-Kriecheigenschaften, eine hervorragende Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit sowie eine Kohlenstoff- und Schwefel-Korrosionsbeständigkeit auf.
Derzeit werden drei Haupttypen von ODS-Legierungen kommerziell hergestellt:
Die Legierung MA956 kann bei Temperaturen von bis zu 1350 Grad in einer oxidierenden Atmosphäre verwendet werden und steht hinsichtlich der Beständigkeit gegen Oxidation, Kohlenstoff- und Schwefelkorrosion an erster Stelle unter den Hochtemperaturlegierungen. Kann zur Auskleidung der Brennkammer von Flugzeugtriebwerken verwendet werden.
Die Legierung MA754 kann bei Temperaturen von bis zu 1250 Grad in einer oxidierenden Atmosphäre verwendet werden und behält eine sehr hohe Hochtemperaturfestigkeit und Beständigkeit gegen mittelalkalische Glaskorrosion bei. Es wird heute zur Herstellung von Führungszahnkränzen und Leitschaufeln für Flugzeugtriebwerke verwendet.
Die MA6000-Legierung hat eine Zugfestigkeit von 222 MPa und eine Streckgrenze von 192 MPa bei 1100 Grad; Die 1000-Stunden-Dauerfestigkeit bei 1100 Grad beträgt 127 MPa, steht unter den Hochtemperaturlegierungen an erster Stelle und kann in Triebwerksschaufeln für die Luft- und Raumfahrt verwendet werden.
5. Hochtemperaturmaterialien mit intermetallischen Verbindungen
Intermetallische Hochtemperaturmaterialien sind eine Art lichtspezifischer Hochtemperaturmaterialien mit wichtigen Anwendungsaussichten, die kürzlich erforscht und entwickelt wurden. Seit mehr als zehn Jahren ist die Grundlagenforschung zu intermetallischen Verbindungen, Legierungsdesign, Prozessentwicklung und Anwendungsforschung ausgereift, insbesondere in der Vorbereitungs- und Verarbeitungstechnologie, Zähigkeit und Verfestigung von Werkstoffen der Ti-Al-, Ni-Al- und Fe-Al-Serie. , mechanische Eigenschaften und Anwendungsforschung haben bemerkenswerte Erfolge erzielt.
Legierungen auf Ti3Al-Basis (TAC-1), Legierungen auf TiAl-Basis (TAC-2) und Legierungen auf Ti2AlNb-Basis haben eine niedrige Dichte (3,8–5,8 g/cm3), hohe Temperaturen und eine hohe Festigkeit sowie einen hohen Stahlgehalt und ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und Kriechfestigkeit. Vorteile: Das Gewicht von Strukturteilen kann um 35 bis 50 % reduziert werden. Die auf Ni3Al basierende Legierung MX-246 weist eine gute Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Kavitationsbeständigkeit auf und bietet hervorragende Anwendungsaussichten. Die auf Fe3Al basierende Legierung weist eine gute Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit, eine hohe Festigkeit bei mittleren Temperaturen (unter 600 Grad) und niedrige Kosten auf. Es handelt sich um ein neues Material, das Edelstahl teilweise ersetzen kann.
