dd5镍基单晶高温合金使用极限
以dd5镍基单晶高温合金使用极限为题，本文将从合金的组成、性能及应用等方面进行阐述。
一、合金的组成
dd5镍基单晶高温合金是一种由镍、铬、钼、铁等元素组成的合金。这种合金中的镍具有良好的耐高温性能，能够在高温下保持较高的强度和耐蠕变性能。铬和钼的添加能够提高合金的抗氧化性能和耐腐蚀性能。此外，铁的加入可以增加合金的热塑性，提高合金的加工性能。
二、合金的性能
dd5镍基单晶高温合金具有优异的高温性能，主要表现在以下几个方面：
1. 高温强度：dd5合金在高温下具有很高的强度，能够承受高温环境下的较大载荷。
2. 耐氧化性：合金中的铬元素能够形成致密的铬氧化物层，有效阻止氧气的渗透，提高合金的抗氧化性能。
3. 耐蠕变性能：dd5合金具有较好的耐蠕变性能，能够在高温和高应力条件下保持形状稳定性。
4. 抗疲劳性能：合金具有良好的抗疲劳性能，能够在循环加载下长时间保持稳定的性能。
三、合金的应用
dd5镍基单晶高温合金在航空航天领域有着广泛的应用，主要用于制造高温部件，如燃烧室、涡轮叶片、燃气轮机等。具体应用包括以下几个方面：
1. 燃烧室：合金具有良好的耐高温性能和抗氧化性能，能够承受高温燃烧室中的高温和高压环境，保证燃烧室的稳定工作。
2. 涡轮叶片：dd5合金具有优异的高温强度和耐蠕变性能，能够承受高温和高速气流的冲击，保证涡轮叶片的稳定运转。
3. 燃气轮机：dd5合金具有良好的抗氧化性能和耐疲劳性能，能够在高温和高应力条件下长时间工作，保证燃气轮机的可靠性。
4. 其他高温部件：dd5合金还可用于制造其他高温部件，如燃气轮机的燃烧室、燃烧器和涡轮机组件等，能够满足高温工作环境下的需求。
dd5镍基单晶高温合金具有优异的高温性能，广泛应用于航空航天领域的高温部件制造。通过合金的组成优化和性能调控，不断提高合金的高温稳定性和耐蠕变性能，将进一步推动合金在航空航天领域的应用。
镍基高温合金 镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50%) 在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。 发展过程 镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。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合金。镍基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。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是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见图1。
镍基高温合金的发展趋势 成分和性能 镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的A3B 型金属间化合物γ'[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。 镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。 ·固溶强化型合金 具有一定的高温强度，良好的抗氧化，抗热腐蚀，抗冷、热疲劳性能，并有良好的塑性和焊接性等，可用于制造工作温度较高、承受应力不大(每平方毫米几公斤力，见表1)的部件，如燃气轮机的燃烧室。 ·沉淀强化型合金 通常综合采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式，因而具有良好的高温蠕变强度、抗疲劳性能、抗氧化和抗热腐蚀性能，可用于制作高温下承受应力较高(每平方毫米十
dd5镍基单晶高温合金使用极限 以dd5镍基单晶高温合金使用极限为题，本文将从合金的组成、性能及应用等方面进行阐述。 一、合金的组成 dd5镍基单晶高温合金是一种由镍、铬、钼、铁等元素组成的合金。这种合金中的镍具有良好的耐高温性能，能够在高温下保持较高的强度和耐蠕变性能。铬和钼的添加能够提高合金的抗氧化性能和耐腐蚀性能。此外，铁的加入可以增加合金的热塑性，提高合金的加工性能。 二、合金的性能 dd5镍基单晶高温合金具有优异的高温性能，主要表现在以下几个方面： 1. 高温强度：dd5合金在高温下具有很高的强度，能够承受高温环境下的较大载荷。 2. 耐氧化性：合金中的铬元素能够形成致密的铬氧化物层，有效阻止氧气的渗透，提高合金的抗氧化性能。 3. 耐蠕变性能：dd5合金具有较好的耐蠕变性能，能够在高温和高应力条件下保持形状稳定性。 4. 抗疲劳性能：合金具有良好的抗疲劳性能，能够在循环加载下长时间保持稳定的性能。 三、合金的应用
dd5镍基单晶高温合金在航空航天领域有着广泛的应用，主要用于制造高温部件，如燃烧室、涡轮叶片、燃气轮机等。具体应用包括以下几个方面： 1. 燃烧室：合金具有良好的耐高温性能和抗氧化性能，能够承受高温燃烧室中的高温和高压环境，保证燃烧室的稳定工作。 2. 涡轮叶片：dd5合金具有优异的高温强度和耐蠕变性能，能够承受高温和高速气流的冲击，保证涡轮叶片的稳定运转。 3. 燃气轮机：dd5合金具有良好的抗氧化性能和耐疲劳性能，能够在高温和高应力条件下长时间工作，保证燃气轮机的可靠性。 4. 其他高温部件：dd5合金还可用于制造其他高温部件，如燃气轮机的燃烧室、燃烧器和涡轮机组件等，能够满足高温工作环境下的需求。 dd5镍基单晶高温合金具有优异的高温性能，广泛应用于航空航天领域的高温部件制造。通过合金的组成优化和性能调控，不断提高合金的高温稳定性和耐蠕变性能，将进一步推动合金在航空航天领域的应用。
镍基单晶高温合金 镍基单晶高温合金是一种重要的高温结构材料，具有优异的高温强度、抗氧化性和耐蠕变性，被广泛应用于航空航天、能源和化工等领域。 我们来了解一下什么是单晶材料。与普通多晶材料不同，单晶材料是由统一的晶格结构组成，晶体中没有晶界和晶界的错位。这种特殊的结构使得单晶材料具有更好的力学性能和高温特性。 镍基单晶高温合金是以镍为基础元素，加入适量的铬、钼、铝等合金元素，并通过精细的熔炼和铸造工艺制备而成。这种合金具有优异的高温力学性能和抗氧化性能，能够在高温、高压和复杂的工作环境下保持稳定的性能。 镍基单晶高温合金的优点主要包括以下几个方面： 1. 高温强度：镍基单晶高温合金具有出色的高温强度，能够在高温下承受较大的载荷。这使得它成为航空发动机中关键部件的理想材料，如涡轮叶片、燃烧室等。 2. 抗氧化性能：镍基单晶高温合金具有良好的抗氧化性能，能够在高温下形成致密的氧化层，起到防止高温氧化和腐蚀的作用。这使得它在高温气体中的应用具有显著的优势。 3. 耐蠕变性：镍基单晶高温合金具有优异的耐蠕变性能，能够在高
温下长时间保持稳定的尺寸和形状。这种特性使得它在高温结构中的应用非常广泛，如燃气轮机、石化设备等。 4. 热疲劳性能：镍基单晶高温合金具有较好的热疲劳性能，能够在高温循环加载下保持较高的强度和韧性。这使得它在高温工况下的可靠性得到了保证，延长了材料的使用寿命。 除了以上的优点，镍基单晶高温合金还具有较好的可焊性、可加工性和可修复性，使得其在制造和维修过程中更加方便和经济。 然而，镍基单晶高温合金也存在一些挑战和问题。首先，制备镍基单晶高温合金的工艺较为复杂，需要严格的熔炼和铸造条件，以保证单晶结构的形成。其次，镍基单晶高温合金的成本较高，制造和加工难度较大，限制了其在一些领域的广泛应用。 为了克服这些问题，研究人员正在不断努力改进镍基单晶高温合金的制备工艺和性能。通过优化合金配方、改进熔炼和铸造工艺，以及引入新的合金元素和复合材料技术，可以进一步提高镍基单晶高温合金的性能和降低制造成本。 镍基单晶高温合金作为一种重要的高温结构材料，具有优异的高温强度、抗氧化性能和耐蠕变性，被广泛应用于航空航天、能源和化工等领域。随着制备技术的不断进步和材料性能的不断优化，镍基单晶高温合金将在未来发展中发挥更加重要的作用。
高温合金的成分设计 定义（一笔带过）---特性---高温性能要求----成分设计 成分设计我们先对高温合金分类（Co基高温合金、Ni基高温合金、Fe基之类的）-----每一类里面进行成分设计，改了成分之后性能就会随之发生变化（体现在为微观组织和宏观应用） 可以着重看5.6节的P26，P32~33，P37~42，P47~50 3.4节的P3，P12，P22，P33，P48 1.2节的P4，P29，P41~44 高温合金定义： 是指以铁、钴、镍等金属为基体，能在600℃以上高温、较大复杂应力条件下适应不同环境短时或长时使用的金属材料。 以Ni（1450℃）、Co（1480℃）、Mo（2620℃）等高熔点金属为基体，加入其它元素构成的在高温下使用的金属材料。 （两句话糅合起来） 性能： 具有较高的高温强度、塑性；良好的抗氧化、抗热腐蚀性能；良好的热疲劳性能和断裂韧性；良好的组织稳定性和使用可靠性。 主要特点 1.高温强度高：镍基高温合金中的强化相数量可高达60~70vol.%，强化效果显著。 2.组织稳定性高：FCC基体，不易产生有害相，数量大且与基体共格性好，性能对尺寸的影响不敏感。 3.合金化程度高：含有Cr、Co、Mo、W、B、Zr、Ta、V、Al、Ti等十多种元素，起固溶强化、第二相强化、晶界强化等综合强化作用。 4.耐蚀性好：耐中性、酸性、碱性、氧化及还原介质的的腐蚀，耐高温腐蚀和氧化。 5.铸造镍基高温合金可进一步提高合金化程度，从而具有更高的高温强度，其使用温度已接近1100℃。 高温性能要求：高温合金工作在600~1200℃，高温性能要求：高温下的力学性能、高温下的抗腐蚀性能；高温下的力学性能包括蠕变、持久强度、热疲劳、松弛； 思路：提高抗氧化、硫化、氮化、碳化、热腐蚀性，可采用在合金中加入其它元素，或在合金表面涂层的方法。 如在合金的表面渗铝、渗硅或铬铝、铬硅共渗，陶瓷涂层等。 成分设计以提高性能： 结构强化——固溶强化 加入其它元素，如不同原子尺寸的元素Co、W、Mo等，引起基体金属的点阵畸变；W、
科技名词定义 中文名称：高温合金 英文名称：superalloy 定义：指在650°C以上温度下具有一定力学性能和抗氧化、耐腐蚀性能的合金。目前常是镍基、铁基、钴基高温合金的统称。 所属学科：航空科技（一级学科）；航空材料（二级学科） 高温合金在600-1200℃高温下能承受一定应力并具有抗氧化或抗腐蚀能力的合金。艺可分为变形高温
铝、钛含量，研制出一系列牌号的合金，如英国的“Nimonic”，美国的“Mar-M”和“IN”等；在钴基合金中,加入镍、钨等 高温合金 元素，发展出多种高温合金，如X-45、HA-188、FSX-414等。由于钴资源缺乏，钴基高温合金发展受到限制。 40年代，铁基高温合金也得到了发展，50年代出现A-286和Incoloy901等牌号，但因高温稳定性较差，从60年代以来发展较慢。苏联于1950年前后开始生产“ЭИ”牌号的镍基高温合金，后来生产“ЭП”系列变形高温合金和ЖС系列铸造高温合金。中国从1956年开始试制高温合金，逐渐形成“GH”系列的变形高温合金和“K”系列的铸造高温合金。70年代美国还采用新的生产工艺制造出定向结晶叶片和粉末冶金涡轮盘，研制出单晶叶片等高温合金部件，以适应航空发动机涡轮进口温度不断提高的需要。北京融品科技有限公司提供高温合金锻件产品 编辑本段提高强度 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
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 高温合金 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。 晶界强化 在高温下，合金的晶界是薄弱环节，加入微量的硼、锆和稀土元素可改善晶界强度。这是因为稀土元素能净化晶界，硼、锆原子能填充晶界空位，降低蠕变过程中晶界扩散速率，抑制晶界碳化物的集聚和促进晶界第二相球化。另外，铸造合金中加适量的铪，也能改善晶界的强度和塑性。还可通过热处理在晶界形成链状分布的碳化物或造成弯曲晶界，提高塑性和强度。 氧化物弥散强化 通过粉末冶金方法，在合金中加入高温下仍保持稳定的细小氧化物，呈弥散分布状
镍基单晶高温合金研究进展 孙晓峰，金涛，周亦胄，胡壮麒 （中国科学院金属研究所，沈阳 110016） 摘要：单晶高温合金具有较高的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用可靠性，广泛应用于涡轮发动机等先进动力推进系统涡轮叶片等部件。由于采用定向凝固工艺消除了晶界，单晶高温合金明显减少了降低熔点的晶界强化元素，使合金的初熔温度提高，能够在较高温度范围进行固溶和时效处理，其高温强度比等轴晶和定向柱晶高温合金大幅度提高。经过几十年的发展，单晶高温合金已经在合金设计方法、组织结构与力学性能关系、纯净化冶炼工艺和定向凝固工艺等方面取得了重要进展。本文从单晶高温合金成分特点、合金元素作用、强化机理、力学性能各向异性、凝固过程及缺陷控制、单晶制备工艺等方面，简要介绍了单晶高温合金的主要研究进展。 关键词：单晶高温合金；强化机理；定向凝固；各向异性 Research Progress of Nickel-base Single Crystal Superalloys Sun Xiaofeng, Jin Tao, Zhou Yizhou, Hu Zhuangqi (Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China) Abstract:Single crystal superalloys have been widely used to make turbine blades and guide vanes for aero-engines and industrial gas turbines because of improved strength, creep-rupture, fatigue, oxidation and hot corrosion properties as well as stable microstructure and reliability at high temperature environments. After removal of grain boundary by using directional solidification technique, grain boundary elements which decrease the incipient melting temperature were reduced remarkably in single crystal superalloys. Consequently, the solution and aging treatment of single crystal superalloys can be done at higher temperature due to the enhanced incipient melting temperature, and then the high temperature strength of single crystal superalloys is higher than that of equiaxed and directionally solidified superalloys. There were great progress on approach of alloy design, relationship between structure and mechanical performances, process of pure smelting and processing of directional solidification in the last decades. The present work reviews these progress from compositions of alloys, role of elements, mechanism of strengthening, anisotropy of mechanical properties, procedure of solidification, control of defects and processing of single crystal superalloys. Key words：single crystal superalloy；mechanism of strengthening；directional solidification；anisotropy of properties —————————————————— 基金项目：国家973计划项目（2010CB631206） 通讯作者：孙晓峰，男，1964年生，研究员，博士生导师
镍基合金材料标准 一、引言 镍基合金是指镍作为主要元素，并添加一定量的其他合金元素以提 高其性能的一类合金材料。由于其卓越的耐高温、耐腐蚀和抗氧化性能，镍基合金被广泛应用于航空航天、石油化工、能源、汽车等领域。 二、分类标准 根据合金元素的不同添加量以及主要性能表现，镍基合金可以分为 多个不同的级别。以下是一般应用的镍基合金常用的分类标准： 1. 根据合金元素的不同添加量： (1) 高镍合金：镍含量大于50%的合金，常见的有镍基高温合金。 (2) 中镍合金：镍含量在20%-50%的合金，常见的有镍铬合金和 镍钼合金。 (3) 低镍合金：镍含量小于20%的合金，常见的有镍铜合金和镍铁合金。 2. 根据主要性能表现： (1) 耐热合金：主要用于高温环境下的耐热材料，具有良好的高温 强度和耐蠕变性能。 (2) 耐腐蚀合金：能够在酸、碱、盐等腐蚀介质中具有优异的耐蚀 性能，适用于化工领域。
(3) 抗氧化合金：能够在高温氧化环境下保持稳定的化学性质，广泛应用于航空航天领域。 三、质量标准和技术要求 镍基合金作为一种高性能材料，其质量标准和技术要求十分严格。以下是镍基合金常用的质量标准和技术要求： 1. 化学成分要求：根据合金的不同种类和应用领域，要求合金中各元素的含量符合特定的化学标准。 2. 机械性能要求：包括抗拉强度、屈服强度、延伸率等机械性能指标，要求合金在各种温度条件下具备特定的机械性能。 3. 金相组织要求：要求合金的显微组织均匀、致密，无夹杂物和缺陷，以确保合金的力学性能和耐腐蚀性能。 4. 耐腐蚀性能要求：不同应用领域对镍基合金的耐腐蚀性能要求不同，可结合使用环境制定相应的测试标准。 5. 焊接性能要求：镍基合金常用于焊接工艺，要求合金具备良好的焊接性能和焊后性能。 6. 表面处理要求：根据实际应用需求，对合金的表面进行相应的处理，如抛光、喷砂等。 四、应用案例 镍基合金在航空航天、石油化工、能源、汽车等领域有着广泛的应用。以下是一些常见的镍基合金应用案例：
镍基高温合金熔点 镍基高温合金是一种特殊的合金材料，具有优异的高温性能，广泛应用于航空、航天、能源等领域。其中，熔点是镍基高温合金的一个重要性能指标，对其高温性能和加工性能有着重要影响。 镍基高温合金的熔点通常在1200℃以上，其中一些高端合金的熔点甚至可以达到1400℃以上。这种高熔点是由于镍基高温合金中含有大量的高熔点元素，如钨、钼、铌等。这些元素的加入可以提高合金的熔点和高温强度，同时也会影响合金的加工性能和成本。 在航空航天领域，镍基高温合金的高熔点是其能够承受高温和高压环境的关键。例如，喷气发动机中的涡轮叶片和燃烧室部件，需要在高温高压的气流中工作，而镍基高温合金的高熔点可以保证这些部件在极端环境下不会熔化或变形，从而保证了发动机的可靠性和安全性。 在能源领域，镍基高温合金也有着广泛的应用。例如，核电站中的核反应堆压力容器和燃料元件，需要承受高温高压的核反应环境，而镍基高温合金的高熔点可以保证这些部件在极端环境下不会熔化或变形，从而保证了核电站的安全性和稳定性。 除了高熔点外，镍基高温合金还具有其他优异的高温性能。例如，高温强度、抗氧化性、耐腐蚀性等。这些性能使得镍基高温合金成为了高温环境下的理想材料，广泛应用于航空、航天、能源等领域。
然而，镍基高温合金的高熔点也带来了一些问题。首先，高熔点会导致合金的加工难度增加，需要采用更高的加工温度和更复杂的加工工艺。其次，高熔点会增加合金的成本，使得镍基高温合金的价格相对较高。 为了解决这些问题，研究人员一直在努力开发新型的镍基高温合金，以提高其加工性能和降低成本。例如，采用微合金化技术、粉末冶金技术、快速凝固技术等，可以制备出具有优异性能的镍基高温合金。同时，也可以通过优化合金配方和加工工艺，来降低合金的成本和加工难度。 镍基高温合金的熔点是其高温性能的重要指标之一，对其在航空、航天、能源等领域的应用具有重要影响。虽然高熔点带来了一些问题，但通过不断的研究和开发，相信镍基高温合金的性能和应用领域会不断拓展和完善。
镍基合金材料标准 镍基合金是一类重要的高温合金材料，具有良好的耐高温、耐腐蚀、高强度和良好的 加工性能等优点，被广泛应用于航空航天、石油化工、核能、船舶制造等领域。为了规范 镍基合金材料的生产、加工和使用，制定了一系列的相关标准。下面将对镍基合金材料的 标准进行详细介绍。 一、镍基合金材料的分类标准 根据合金成分和性能特点的不同，镍基合金材料可以分为多种不同的类型。目前国内 外普遍采用的是美国标准和欧洲标准，其中美国标准主要由ASTM（美国材料与试验协会）负责制定，欧洲标准主要由ISO（国际标准化组织）负责制定。 1. 美国标准 在美国，镍基合金材料通常按照ASTM标准进行分类。ASTM标准共包括了近百种针对 不同合金成分和性能特点的镍基合金材料标准，例如ASTM B166/B166M-09 标准规定了无 缝镍及镍合金管，ASTM B574-10a 标准规定了镍铬钼钨合金棒料等。这些标准主要规定了 合金材料的化学成分、力学性能、加工工艺等方面的要求，为生产厂家提供了明确的生产 和质量控制依据。 2. 欧洲标准 在欧洲地区，镍基合金材料的标准主要由ISO负责制定。ISO标准包括了许多与合金 成分、性能、加工等相关的技术规范，具有较高的权威性和通用性。比如ISO 5832-12:2013为医疗器械用高温合金规定了特殊要求等。这些标准被广泛应用于工程设计、生产制造、检测认证等方面，对保障镍基合金材料的质量和安全起到了至关重要的作用。 二、镍基合金材料的生产和检测标准 1. 生产标准 除了对镍基合金材料的化学成分和性能进行规范外，生产标准也是镍基合金行业中非 常重要的一部分。生产标准主要涉及原料选用、熔炼制备、热处理工艺、加工方法等方面 的要求。还包括了对生产设备、环境、技术人员的要求，以及对产品质量控制和追溯体系 的要求。这些标准能够有效指导生产厂家合理开展生产活动，确保产品质量和生产安全。 2. 检测标准 镍基合金材料的质量检测是确保产品质量和安全的重要环节。对于镍基合金材料的检 测标准主要包括了化学成分分析、金相组织分析、力学性能测试、非破坏检测等方面的要
镍基单晶高温合金的典型蠕变寿命模型 李逸航;陈思远;孟凡武 【期刊名称】《金属世界》 【年(卷),期】2018(000)005 【总页数】4页(P26-28,31) 【作者】李逸航;陈思远;孟凡武 【作者单位】首都师范大学附属中学,北京 100037;北京航空航天大学能源与动力 工程学院,北京 100083;北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081 【正文语种】中文 内容导读 镍基单晶高温合金具有一定的高温强度、良好的抗氧化、抗热腐蚀、抗冷、热疲劳性能，并有良好的塑性和焊接性。镍基单晶高温合金作为航空发动机涡轮叶片的重要材料，其力学性能对航空发动机有着重大影响，研究其疲劳寿命具有重要意义。镍基单晶高温合金蠕变疲劳损伤及寿命预测一直是国内外学者研究的重点。文章基于蠕变疲劳理论和国内外研究情况，阐述了稳态蠕变本构关系和θ映射蠕变模型，介绍了几种典型的镍基单晶高温合金的蠕变疲劳寿命模型。文章分析指出，当前在工程应用中主要采用单晶合金的蠕变疲劳宏观模型，而微观模型的研究还处于探索阶段，建议用微观模型建立蠕变寿命预测方法，分析微观理论机制，有望提高预测精度与蠕变寿命。 20世纪80年代开始，镍基单晶高温合金在发动机上的广泛应用促进了世界各国
航空发动机迅速发展，被誉为是航空发动机发展的重大技术之一[1]。镍基单晶合 金因其具备卓越的高温性能而广泛应用于发动机的热端部件。对于发动机内部高温旋转部件而言，高温离心负荷作用下的蠕变变形和蠕变断裂是其设计限制条件[2]。因此，国内外很多学者研究了单晶叶片的蠕变损伤。 目前单晶合金的蠕变疲劳宏观模型在工程中得到了广泛应用，但微观模型的研究不仅更加精确，而且更具物理意义。本文主要介绍国内外关于单晶合金蠕变-疲劳寿 命评估方法的研究进展，并对实验预测结果进行了比较。 稳态蠕变本构关系 金属蠕变是指金属材料在静应力作用下，即使作用稳态应力足够小，只要作用时间足够长，应变依旧变大的现象。金属疲劳通常指的是在交变载荷作用下金属发生破坏的现象，而蠕变疲劳通常指的是黏弹性材料承受交变载荷作用时的疲劳[3]。一 般金属材料在超过其本身熔点温度的40%～50%时，会呈现黏弹性特性。黏弹性 材料的应力应变关系可以用蠕变曲线来表示，如图1所示，在恒定应力作用下， 蠕变可分为三个阶段。在第一阶段中随着时间的变化，应变变化逐渐变慢即蠕变速率(Δε/Δt)随时间增加而减小，将这一阶段称为初始蠕变阶段。在第二阶段中随着 时间的变化，材料在恒定应力作用下应变变化曲线近似为一条直线，因此将第二阶段的蠕变速率近似看作常数，将这一阶段称为蠕变的常数阶段，即(Δε/Δt)为常数；在第三个阶段随着时间的变化，材料的应变加速上升，将这一阶段对应的区域为加速区，在此区域蠕变速率随时间而上升，随后试样断裂。 图1 恒定应力下的蠕变应变示意图 根据金属蠕变的特性，在蠕变的不同阶段，其应变随时间的变化不同，那么在讨论蠕变的本构关系时就应将三个阶段分开讨论，分别讨论各自的蠕变本构关系。然而，对于蠕变问题，寿命损耗主要在第二个阶段。本文只针对定常区的本构关系进行讨论。图2给出了同一温度下不同应力水平的定常蠕变区应变速率[3]，横坐标表示
镍基高温合金综述 镍基合金应用领域:航空航天,核工程、能源动力、交通运論、油气开发、石油化工，海洋工程、治金工业、治金行业・航空发动机和工业燃气轮机涡轮叶片等热端部件的主要用材。目前广应用于涡轮机的热端机部件。涡轮部分的工作叶片导向热片、涡轮盘、燃烧室等高温部件。 镍基合金性能：高温合金是以铁-镍-钴为基体的一类高温结构材料，可以在600℃以上高温环境服役，并能承受苛刻的机械应力、高温合金具有良好的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用可靠性。适合长时间在高温下工作、耐磨蚀。镍基合金不仅在诸多工业腐蚀环境中具有独特的抗腐蚀甚至抗高温腐使性能,而且具有强度高、塑韧性好,可治炼、铸造、冷热变形、加工成型和悍接等性能。 镍基合金组成成分:镍基高温合金通常含有Cr、Co、W、Mo、Re、Al、Ti、Nb、Ta、Hf、C、B、Zr和Y等十余种合金元素这些元素在合金中起着不同的作用。高温合金一般是以铁钴或镍形成的面心立方基体为基,可在较高温度下使用的合金。镍固态具有面心立方结构,无同素异构转变、化学活泼性低，在大气中是抗蚀性最强的金属之一。镍基合金中镍含量都在30%以上，其中W（Ni+Fe）≥50%的称为铁镍耐蚀合金，W（Ni）≥50%的称为镍基耐蚀合金。 镍具有高的化学稳定性，在500℃以下几乎不氧化，常温下也不受湿气、水及某些盐类水溶液的作用。镍在硫酸及盐酸中溶解很慢，而在硝酸中溶解很快。镍具有很大的合金化能力，甚至添加十余种合金元
素也不出现有害相，这就为改善镍的各种性能提供潜在的可能性。纯镍的力学性能虽不高，但塑性却极好，尤其在低温下塑性变化不大。镍基合金的分类及应用 Ni-Cu系:最早的是SMC生产的Monel400系Ni70Cu30添加S（0.4%）可改善Ni-Mo切削性能乘客Monel R-405、添加适量的Al和Ti就成了沉淀型的Monel K-500.Ni-Cu合金主要用于还原性溶剂,特别是氢氟酸。特点:较高的强度和初性,又具有优良的抗还原酸及强碱介质和海水等腐蚀的性能,通常用于制造输送氢氟酸、盐水、中性介质、碱盐及还原性酸介质的设备。 镍基合金焊接特点： 1.液态焊缝金属流动性差镍基合金不能像钢焊缝金属那样通过增大焊接电流改进焊缝金属的流动性，若增加电流，反而起着有害作用这是镍基合金的固有特性由于焊缝金属流动性差，不易流到焊缝两边因此为获得良好的焊缝成形，有时采用摆动工艺，但这种摆动是小摆动大的摆幅容易引起咬边为了消除这一缺陷，焊工在摆动到每一侧极限位置时，要稍停顿一下，以便有足够的时间使熔化的焊缝金属填满咬边此外焊接的电弧要尽量短。 2.焊缝金属熔深浅焊缝金属熔深浅是镍基合金的固有特性同样不能通过增大焊接电流来增加熔深。如上所述，如果电流过大对焊接有害，引起裂纹和气孔。由于焊缝金属熔深浅，接头钝边的厚度要薄一些。国内知名企业:
镍基合金的极限温度 一、引言 镍基合金是一种重要的高温合金，在航空、航天、能源等领域有广泛的应用。其具有良好的高温强度、耐腐蚀性能和热稳定性，可以在极端的工作环境下保持稳定性能。本文将深入探讨镍基合金的极限温度，包括其定义、影响因素以及应用领域等。 二、镍基合金的定义 镍基合金是以镍为基体的合金材料，通常含有其他合金元素如铬、钼、铝等。镍基合金具有高温强度、耐腐蚀性和热稳定性，被广泛应用于高温环境中。 三、影响镍基合金极限温度的因素 3.1 合金元素的选择 镍基合金中的合金元素对其极限温度起着重要的影响。一般来说，合金中添加了高熔点的合金元素，可以提高合金的熔点和高温强度，从而提高合金的极限温度。常见的合金元素包括铬、钼、铝等。 3.2 热处理工艺 热处理工艺对镍基合金的极限温度也有重要影响。通过适当的热处理工艺，可以改善合金的晶体结构，提高合金的高温强度和热稳定性。常见的热处理工艺包括固溶处理、时效处理等。 3.3 合金的微观结构 镍基合金的微观结构对其极限温度有着显著影响。合金的晶体结构、晶粒尺寸、相分布等微观结构特征会影响合金的高温强度和热稳定性。因此，合金的微观结构调控对于提高其极限温度具有重要意义。
3.4 应力和应变 在高温环境下，合金会受到应力和应变的作用，这也会影响合金的极限温度。应力和应变会引起合金的变形和破坏，从而降低其极限温度。因此，合金的应力和应变控制对于提高其极限温度至关重要。 四、镍基合金的应用领域 镍基合金由于其良好的高温性能，在多个领域得到了广泛的应用。以下是镍基合金的主要应用领域： 4.1 航空航天领域 镍基合金在航空航天领域中被广泛应用于制造发动机、涡轮叶片、燃烧室等高温部件。其高温强度和耐腐蚀性能能够满足发动机在高温高压工作环境下的要求。 4.2 能源领域 镍基合金在能源领域中被广泛应用于燃气轮机、核电站等设备中。其高温稳定性和耐腐蚀性能使得合金能够在高温高压的工作环境下保持稳定性能。 4.3 化工领域 镍基合金在化工领域中被广泛应用于制造反应器、换热器等设备。其耐腐蚀性能能够满足化工设备在腐蚀性介质中的要求。 4.4 其他领域 镍基合金还被应用于船舶制造、汽车制造等领域。其高温强度和耐腐蚀性能使得合金能够在极端环境下保持稳定性能。 五、总结 镍基合金的极限温度是指在高温环境下合金能够保持其稳定性能的最高温度。影响镍基合金极限温度的因素包括合金元素的选择、热处理工艺、合金的微观结构以及应力和应变等。镍基合金由于其良好的高温性能，在航空、航天、能源等领域有广泛的应用。随着科学技术的不断发展，镍基合金的极限温度将会不断提高，为各个领域的发展提供更好的支持。
镍基高温合金在航空发动机领域的应用及发展趋势分析 镍基高温合金在航空发动机领域的应用及发展趋势分析 一、引言 航空发动机是现代航空技术的核心之一，它对于飞机的性能和安全起着至关重要的作用。而高温合金作为航空发动机的重要材料之一，其具有出色的高温强度、抗氧化、耐磨等性能，得到航空工程师们的高度评价和广泛应用。本文将探讨镍基高温合金在航空发动机领域的应用及其发展趋势。 二、镍基高温合金在航空发动机领域的应用 1. 高温部件 航空发动机的高温部件包括涡轮叶片、涡轮盘、涡轮燃烧器等。这些部件在发动机运行时面临高温高压、高速运转等极其苛刻的工况。镍基高温合金作为高温部件的主要材料，能够承受高温氧化、蠕变和热疲劳等作用，保证发动机的可靠运行。其中，涡轮叶片是航空发动机中应用镍基高温合金最广泛的部件之一。高温合金的热蠕变性能优异，可以抵抗叶片在高温、高压条件下产生的变形，保持叶片的整体结构稳定性，从而保证发动机的高效性能和长寿命。 2. 涡轮盘 涡轮盘是航空发动机中负责将燃烧室中产生的高温高压气体转化为机械能的关键部件。涡轮盘要求具备较高的强度和耐热性能，以承受高温和高速的工况。目前，镍基高温合金已经广泛应用于涡轮盘的制造中，包括驱动涡轮盘和被驱动涡轮盘。镍基高温合金的高温强度和抗氧化性能能够满足涡轮盘在高温和
高速工况下的要求，确保发动机的高效运行。 3. 涡轮燃烧器 涡轮燃烧器是航空发动机中进行燃烧过程的重要部件，也是高温高压工况下最受损耗的部分。为了提高涡轮燃烧器的使用寿命和可靠性，镍基高温合金被广泛应用于涡轮燃烧器的制造中。高温合金的抗氧化和耐磨性能能够抵抗燃烧过程中产生的高温和高速气流的侵蚀和烧蚀，从而延长涡轮燃烧器的使用寿命。 三、镍基高温合金在航空发动机领域的发展趋势 1. 高温强度的提高 随着航空技术的不断发展和对发动机性能要求的提高，对高温合金的高温强度提出了更高的要求。因此，未来的镍基高温合金将继续通过改变合金配方和工艺优化，进一步提高高温强度，以满足更为苛刻的发动机工况需要。 2. 抗氧化性能的改善 航空发动机处于高温和高压的工作环境下，容易受到氧化的侵蚀。因此，未来的镍基高温合金将进一步优化其抗氧化性能，降低氧化速率，提高材料的使用寿命。 3. 耐腐蚀性能的提升 除了高温和氧化性能外，苛刻的工况下航空发动机还受到各种环境腐蚀的侵蚀，如酸性和碱性气体的侵蚀，水蒸气的腐蚀等。因此，未来的镍基高温合金将专注于提高耐腐蚀性能，降低材料的腐蚀速率，以提高发动机的可靠性和安全性。
小角度晶界对DD5镍基单晶高温合金力学性能的影响 秦健朝;崔仁杰;黄朝晖;赵金乾;张毅鹏;宗毳;陈升平 【期刊名称】《航空材料学报》 【年(卷),期】2017(037)003 【摘要】采用籽晶法制备了二代镍基单晶高温合金DD5小角度晶界试样,研究小角度晶界对DD5合金力学性能的影响.结果表明:在870 ℃中温拉伸中,晶界角度小于16.1°时,合金抗拉强度和屈服强度无明显变化;晶界角度小于11.4°时,伸长率维持在15%以上;晶界角度大于11.4°后,伸长率开始快速下降;在980 ℃/250 MPa 持久条件下,当晶界角度小于5.1°时,持久寿命维持在140 h以上;当晶界角度大于5.1°时,持久寿命随晶界角度增大开始缓慢下降,至14.8°时,持久寿命仍保持为原来的85%;当晶界角度大于14.8°后持久寿命开始快速下降;在1093 ℃/158 MPa持久条件下,当晶界角度小于5.1°时,持久寿命维持在30 h以上;当晶界角度大于5.1°时,持久寿命随晶界角度增大而下降. 【总页数】6页(P24-29) 【作者】秦健朝;崔仁杰;黄朝晖;赵金乾;张毅鹏;宗毳;陈升平 【作者单位】北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室, 北京 100095;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室, 北京 100095;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室, 北京 100095;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室, 北京 100095;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室, 北京 100095;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室, 北京100095;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室, 北京 100095
某镍基单晶高温合金塑性变形与失效分析 李林骏; 胡绪腾; 宋迎东; 孟卫华 【期刊名称】《《航空发动机》》 【年(卷),期】2019(045)005 【总页数】6页(P97-102) 【关键词】镍基单晶高温合金; 各向异性; 广义Hill准则; 反衍优化; 失效分析; 航空发动机 【作者】李林骏; 胡绪腾; 宋迎东; 孟卫华 【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院南京210016; 机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016; 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002【正文语种】中文 【中图分类】V231.91 0 引言 镍基单晶高温合金具有良好的高温性能，广泛应用于高性能航空发动机上[1-2]。 然而，镍基单晶合金具有宏观各向异性的特点，其塑性变形与失效分析一直是难点。目前，用于分析预测镍基单晶高温合金受载变形行为的方法大致分为宏观唯像法与细观晶体塑性理论2类[3-6]。晶体塑性理论必须考虑单晶材料的滑移规律，而滑 移规律十分复杂，且该类理论用于分析3维问题时，在数值积分上具有较大难度，因此在工程应用中受到较大限制[7-8]；宏观唯像法以Hill模型[9-10]为代表，在
von mises模型的基础上，通过引入各向异性参数，可以对正交各向异性材料进 行力学行为分析。此类模型较为简便，广泛应用于工程实际中，许多学者对此模型进行了修正与改进。丁智平等[3]通过增加1项由应力偏张量分量的2次乘积项构 成的应力不变量，对Hill屈服模型进行修正，能够较好地预测出拉剪耦合效应的 影响；赵萍等[11]通过在Hill屈服准则中加入含有剪切应力的项对初始Hill屈服准则进行修正，修正后的模型能够对DD3单晶的[001]、[110]、[111]3个取向的屈服应力进行较为准确地预测；C.F.SHIH等[12]细化了表征屈服应力取向依赖性的 参数，并引入描述拉压屈服应力不对称的参数，提出了广义Hill模型。 以上研究大多集中在对镍基单晶高温合金屈服强度的预测上，并没有考虑屈服后材料的塑性变形行为与材料在复杂应力状态下所能承受的极限载荷预测。随着航空发动机推重比要求的提高，对材料性能的要求也日益提升，仅仅对材料的屈服强度进行有效预测已不能满足工程设计分析的需要。本文基于广义Hill模型，根据某镍 基单晶高温合金的室温和缺口拉伸试验数据，采用反衍优化方法建立镍基单晶高温合金的各向异性本构模型，在此基础上对单晶材料缺口试件在复杂应力状态下的塑性变形行为进行分析预测，并结合Freudenthal失效准则[13]对缺口试件的抗拉 强度进行预测分析。 1 镍基单晶高温合金光滑与缺口试件拉伸试验 本文对某镍基单晶高温合金光滑平板试件和3种缺口平板试件（np-r2.5、np-r6、np-sn）进行室温拉伸试验，试验件如图1～4所示，图中数据单位均为mm。所有试件的最长对称轴轴线方向与单晶材料的 [001]取向重合。 图1 光滑平板件 图2 缺口平板np-r2.5 图3 缺口平板np-r6 图4 缺口平板np-sn
镍基高温合金的技术进展 镍基高温合金的工作温度一般是800～1 000℃，其化学性质良好，尤其是具有高温抗氧化和抗腐蚀性，另外还有良好的抗疲劳性。镍基高温合金应用领域也比较广泛，其中主要是在航空航天领域和国防领域应用，例如航空发动机、导弹等。这些领域的应用都对镍基高温合金的纯净度要求较高，在加工和生产镍基合金的过程中极易产生杂质，影响材料的纯净度，进而可能影响材料的抗腐蚀性能，同时大大降低了相关部件的使用寿命，对其适用范围也造成了一定的限制。 一、镍基高温合金的发展历程 镍基高温合金无疑是高温合金领域中重要的一部分，这主要是基于其良好的特性。镍基高温合金在20世纪40年代初期被发现并研究成功，当时是在喷气式飞机对合金性能提出了更高要求的情况下而进行研制的。1945年，英国成为第1个生产出镍基合金Nimomic75（Ni22Cr-1.5Ti）的国家，之后英国根据发展需要提高镍基高温合金蠕变强度，在原有基础上添加适量的铝元素，进而研制出新型的镍基合金Nimomic84（Ni22Cr-4.5Ti）。在之后的一段时间里，美国和苏联相继研制成功类似合金，我国在20世纪50年代相继研制出几种类似功能的合金。 从镍基高温合金的发展历程可以看出，其主要有2个发展方向：第一是对镍基合金元素构成的重新组合，使其更好地发挥出性能；第二是镍基高温合金生产工艺的革新，不断利用最新技术和设备对其进行研制。在20世纪50年代时期，科学家经过不断的研制，发现了真空熔炼技术，这一技术的诞生和发展为镍基高温合金的发展创造了技术上的条件；20世纪60年代，发达国家研制出的熔模精密铸造工艺，制造了一大批具有良好高温强度的铸造合金；之后的几年内，相继制造出了性能更好、更稳定的单晶高温合金，甚至在这段时间里还研制出了粉末冶金高温合金；而航空航天技术的发展，对高温合金提出了
镍基合金材料标准对照表 镍基合金 20XX-20 21 年中国镍基合金行业市场现状及投资趋势分析报告Special Statenent 特别声明本报告由华经视点独家撰写并出版发行，报告版权归华经视点所有。本报告是华经视点专家、分析师调研、统计、分析整理而得，具有独立自主知识产权，报告仅为有偿提供给购 买报告的客户使用。未经授权，任何网站或媒体不得或引用本报告内容，华经视点有权 依法追究其法律责任。如需订阅研究报告，请直接联系本网站客服人员（8610-56188812 56188813），以便获得全程优质完善服务。 华经视点是中国拥有研究人员数量最多，规模最大，综合实力最强的研究咨询机构（欢迎客户上门考察），公司长期跟踪各大行业最新动态、资讯，并且每日发表独家观点。 目前华经视点业务范围主要覆盖市场研究报告、投资咨询报告、行业研究报告、市场预 测报告、市场调查报告、征信报告、项目可行性研究报告、商业计划书、IPO
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