哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
目录
摘要 ............................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................. I I 第1章绪论 . (1)
1.1 课题背景及研究的目的和意义 (1)
1.2 国内外研究现状及分析 (2)
1.2.1 国外研究现状 (2)
1.2.2 国内研究现状 (4)
1.2.3 国内外研究现状分析 (6)
1.3 课题主要研究内容 (6)
第2章GH4169精密切削的切削力和切削温度的有限元仿真研究 (8)
2.1 引言 (8)
2.2 切削过程有限元仿真模型的建立 (8)
2.2.1 材料模型的选择 (8)
2.2.2 切屑分离准则的选择 (9)
2.2.3 摩擦模型的选择 (10)
2.2.4 有限元模型的建立 (10)
2.3 工艺参数对切削力和切削温度影响的仿真研究 (12)
2.3.1 切削力和切削温度的产生 (12)
2.3.2 仿真结果分析 (14)
2.4 后刀面磨损对切削力和切削温度的影响 (19)
2.4.1 磨损宽度对切削力的影响 (20)
2.4.2 磨损宽度对切削温度的影响 (20)
2.5 仿真结果的试验验证 (21)
2.5.1 GH4169精密切削试验方案 (21)
2.5.2 切削力试验结果与仿真结果对比分析 (23)
2.6 本章小结 (25)
第3章GH4169精密切削PCBN刀具磨损试验研究 (26)
3.1 引言 (26)
3.2 试验方案设计 (26)
3.3 切削力和切削温度对刀具磨损的作用机理 (27)
3.4 刀具磨损形貌和磨损机理分析 (27)
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
3.4.1 刀具磨损形貌分析 (28)
3.4.2 刀具磨损机理分析 (29)
3.5 切屑绝热剪切效应对切削刃冲击频率模型的建立 (31)
3.5.1 切屑形态分析 (31)
3.5.2 冲击频率模型的建立 (32)
3.6 工艺参数对后刀面磨损影响分析 (33)
3.6.1 工艺参数对切削力和刀具温度的影响 (33)
3.6.2 刀具磨损宽度试验结果与分析 (36)
3.7 工艺参数对磨损带宽度影响预测模型的建立 (37)
3.8 本章小结 (39)
第4章GH4169精密切削表面质量的研究 (40)
4.1 引言 (40)
4.2 工艺参数对加工表面粗糙度影响的试验研究 (40)
4.2.1 表面粗糙度形成机理 (40)
4.2.2 表面粗糙度试验结果与分析 (42)
4.2.3 工艺参数对表面粗糙度影响预测模型的建立 (44)
4.3 工艺参数对加工表面残余应力的仿真研究 (46)
4.3.1 切削加工表面残余应力形成机制 (46)
4.3.2 精密切削表面残余应力仿真研究 (47)
4.4 冷却润滑条件对精密切削过程影响的试验研究 (52)
4.4.1 不同冷却润滑方式下试验结果分析 (53)
4.4.2 不同切削液条件下试验结果分析 (56)
4.5 本章小结 (58)
结论 (60)
参考文献 (62)
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (66)
致谢 (67)
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第1章绪论
1.1课题背景及研究的目的和意义
航空航天材料的研制为先进航空武器和高精度导弹实现低成本开发提供有力支撑，世界上航空航天技术发达的国家十分重视对航空航天新材料的开发和应用，并为之投入了大量的人力和科研经费。我国在发展航空航天事业的过程中，逐渐实现集设计、材料研发、产品制造的产业模式。近年来国家对航空航天事业的高度重视，我国在航天及航空领域已取得了很大的进步和成就。在制造业中，材料及其加工工艺是研究人员积极探索的对象，在这其中，高温合金作为一种具有特殊性能的功能材料在航空航天领域应用较多。高温合金又称为热强合金，它是多种组元复合而成的复杂金属材料，在高温环境中仍然具有很高的强度。高温合金主要用于航空航天飞行器及航海舰艇发动机等的耐热部件的生产，特别像航空发动机尾喷口、燃烧室材料等均是其在实际应用中的案例[1]。国际上对高温合金的研究起步于上世纪30年代，在此之后，由于航空航天领域对高温合金需求量的逐步增加，很大程度上激发了科研工作者对高温合金研究热情，使之得以快速发展。1940到1950年间，英国研制出了性能更加优良的以镍为基体的高温合金，并将之用于生产航空、航天、航海发动机的耐热耐高温的关键部件。我国的航空航天事业起步较晚，在20世纪六、七十年代才开始对高温合金进行系统的研究工作，逐步形成了GH和K两个系列的高温合金产品体系，在我国大力发展航空、航天、航海的大环境下对高温合金产品的研发已取得了长足的进步[2]。
a)航空发动机尾喷口b)航空发动机涡轴
图1-1 GH4169在航空领域的应用
目前应用最为广泛的高温合金是镍基高温合金，其使用率达到高温合金的60%以上。镍基高温合金GH4169是镍含量在50%以上、在数百摄氏度下仍具有优良使用性能的一种高温合金产品[4]。GH4169在加工时，材料的强度高、塑性变形
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
NC20KDTA沉淀硬化型镍基变形高温合金 NC20KDTA沉淀硬化型镍基变形高温合金，在650～950℃范围内，具有高的拉伸和持久蠕变强度和良好的抗氧化性能。由于合金中铝、钛、钼含量较高，铸锭开坯比较困难，但变形后的材料具有较好的塑性，在退火状态下可以冷成形，也可进行焊接，焊接部件热处理时易产生应变时效裂纹。合金的品种有薄板、带、丝、盘件、环形件、锻件、棒材、和精密铸件等，适合于制造在870℃以下要求有高强度和980℃以下要求抗氧化的航空、航天发动机高温零部件。 NC20KDTA材料牌号 NC20KDTA NC20KDTA相近牌号NC20KDTA(法国）。 NC20KDTA材料的技术标准 Q/3B 4060-1992《NC20KDTA合金棒材》 Q/3B 4063-1992《NC20KDTA合金冷轧带材》 Q/5B 4027-1992《NC20KDTA合金圆饼、环坯、环形件》 Q/6S 1033-1992《高温紧固件用NC20KDTA合金棒材》 84-13《航天用NC20KDTA合金棒材技术条件》 NC20KDTA化学成分
注：航天用材可加入ω（Mg)<0.05%和ω(La)<0.035%。力学性能（标准） NC20KDTA物理性能 溶点：1316-1371 ℃ 密度：8.27 g/cm3 硬度：≤363（HBS） 磁性：< 1.002 H/m 执行标准 AMS 5545 AMS 5712
AMS 5713 加工成形性能 钢锭锻造前应进行均匀化处理，锻造加热温度为1100℃～1180℃。零件热处理工艺 1.在较低温度下工作，要求零件具有高的拉伸强度和疲劳性能，采用1080℃，空冷+760℃，16H，空冷 2.对在高温下工作，又要求材料具有高的热强性时，热处理规范为1180℃，空冷+900℃4H,空冷。 焊接工艺：合金可用熔焊、扩散焊、摩擦焊等方法进行焊接。 NC20KDTA应用领域 l航空发动机中部件 l发动机压气机盘、涡轮盘、承力环 l机匣、增压器、涡轮轮子 l加力燃烧室零件和紧固件 l紧固件和板材焊接承力件
1.4 Inconel 718 化学成分 该合金的化学成分分为 3 类：标准成分、优质成分、高纯成分， 材料论文】 Inconel 718 镍基高温合金分析与研究 -午虎特种合金技术部 Inconel 718 概述 Inconel 718 合金是以体心四方的 γ " 和面心立方的 γ′相沉淀强化的镍基高温合金，在 -253 ～ 700 ℃温度范围内具有良好的综合性能 ,650 ℃以下的屈服强度居变形高温合金的首 位, 并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能 ,以及良好的加工性能、焊接性能和 长期组织稳定性，能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业中，在上述温 度范围内获得了极为广泛的应用。 该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感，掌握合金中相析出和溶解规律及 组织与工艺、性能间的相互关系，可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程， 就能 获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。 供应的品种有锻件、 锻棒、轧棒、 冷轧棒、 圆饼、环件、板、带、丝、管等。可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构 件、机匣等零部件在航空上长期使用。 相近牌号 Inconel 718（ 美国 ）,NC19FeNb （ 法 国） 材料的技术标准 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》 HB 6702-1993 《WZ8 系列用 Inconel 718 合金棒材》 GJB 3165 《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》 GJB 1952 《航空用高温合金冷轧薄板规范》 GJB 1953 《 航空发动机转动件用高温合金热轧棒材规范》 GJB 2612 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》 GJB 3317 《 航空用高温合金热轧板材规范》 GJB 2297 《航空用高温合金冷拔（轧）无缝管规范》 GJB 3020 《航空用高温合金环坯规范》 GJB 3167 《冷镦用高温合金冷拉丝材规范》 GJB 3318 《航空用高温合金冷轧带材规范》 GJB 2611 《 航空用高温合金冷拉棒材规范》 YB/T5247 《焊接用高温合金冷拉丝》 YB/T5249 《冷镦用高温合金冷拉丝》 YB/T5245 《普通承力件用高温合金热轧和锻制棒材》 GB/T14993 《 转动部件用高温合金热轧棒材》 GB/T14994 《高温合金冷拉棒材》 GB/T14995 《高温合金热轧板》 GB/T14996 《高温合金冷轧薄板》 GB/T14997 《高温合金锻制圆饼》 GB/T14998 《高温合金坯件毛坏》 GB/T14992 《高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号》 HB 5199《 航空用高温合金冷轧薄板》 HB 5198 《航空叶片用变形高温合金棒材》 HB 5189 《航空叶片用变形高温合金棒材》 HB 6072 《WZ8 系列用 Inconel 718 合金棒材》 见表 1-1 。优质成分的在标准成分的基础上降碳增 铌，从而减少碳化铌的数量，减少疲劳源 和增 1.1 Inconel 718 材料牌号 Inconel 718 1.2 Inconel 718 1.3 Inconel 718 GJB 2612-1996
镍基单晶高温合金的发展 胡壮麒1 刘丽荣1,2 金 涛1 孙晓峰1 (1.中国科学院金属研究所,沈阳 110016;2.沈阳工业大学,沈阳 110023) 摘要:概述了镍基单晶高温合金的发展历程,分析了其成分、相组成、热处理的特征和持久变形及强化机制,给出了其持久性能数据,并指出了发展趋势。 关键词:镍基单晶高温合金 成分 性能 D evelop m en t of the N i-Ba se S i n gle Crysta l Supera lloys Hu Zhuangqi1 L iu L ir ong1,2 J in Tao1 Sun Xiaofeng1 (1.I nstitute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang110016,China) (2.Shenyang University of Technol ogy,Shenyang110023,China) Abstract:The devel opment of the N i-base single crystal superall oys is intr oduced,and its compositi on,phase p re2 ci p itati on,heat treat m ent,endurance p r operty and strengthening mechanis m are analyzed.The data of its endurance p r operty is listed,and the devel opment trend of N i-base single crystal superall oys is pointed out. Key words:N i-base single crystal superall oys;compositi on;p r operty 1 引言 镍基单晶高温合金具有优良的高温性能,是目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的主要材料。为了满足高性能航空发动机的设计需求,多年来,各国十分重视镍基单晶高温合金的研制和开发。 20世纪80年代以来,单晶高温合金一直沿着其独特的道路发展。随着合金设计理论水平的提高和生产工艺的改进,相继出现耐温能力比第1代单晶合金分别大约高30℃和60℃的第2代单晶合金和第3代单晶合金;第2代单晶高温合金的代表有P WA1484〔1〕、C MSX-4〔2〕等,第3代单晶高温合金的代表有C MSX-10〔3〕、C MSX-11〔4〕、Rene N6〔5〕等。研究表明〔6〕,第3代单晶高温合金C MSX-10的耐温能力比第2代单晶合金C MSX-4(最高使用温度约为1163℃)的大约高30℃,其使用温度可达 收稿日期:2005-07-18 第一作者简介:胡壮麒(1929—),中国工程院院士,从事高温合金的开发与应用研究,详细介绍见封二。1204℃左右,同时,还具有十分明显的蠕变强度优势。近年来出现的第4代单晶合金RR3010的承温能力达到1180°C〔7〕,用在英国RR公司最新研制的Trent发动机上。Re的加入以及Hf、Y、La,Ru等元素的合理应用,使新的单晶合金的持久性能和抗环境性能均有明显的提高。 本文综述了有关镍基单晶高温合金的成分特点、相组成、热处理制度、合金性能、应用情况和发展方向,可为开发和研制该类合金提供参考。 2 单晶高温合金的特征 2.1 成分特征 到目前为止,单晶合金已发展了5代。 典型单晶高温合金的成分及应用见表1。在进行单晶合金成分设计时,要兼顾合金性能和工艺性能。由于单晶合金中不存在晶界,并应用在较为苛刻的环境下,所以要注意某些元素的特殊作用。 分析表1列出的单晶合金的成分,可以看出,单晶高温合金成分的发展有以下特点〔8〕。 1 2005年第31卷第3期航空发动机
GH4169 镍基变形高温合金资料 中国牌号：GH4169/GH169 美国牌号：Inconel 718/UNS NO7718 法国牌号：NC19FeNb 一、GH4169概述 GH4169合金是以体心四方的γ"和面心立方的γ′相沉淀强化的镍基高温合金，在-253～700℃温度范围内具有良好的综合性能,650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位, 并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能,以及良好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性，能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业中，在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。 该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感，掌握合金中相析出和溶解规律及组织与工艺、性能间的相互关系，可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程，就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。供应的品种有锻件、锻棒、轧棒、冷轧棒、圆饼、环件、板、带、丝、管等。可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等零部件在航空上长期使用。 1.1 GH4169 材料牌号 GH4169(GH169)
1.2 GH4169 相近牌号 Inconel 718(美 国),NC19FeNb(法国) 1.3 GH4169 材料的技术标准 1.4 GH4169 化学成分该合金的化学成分分为3类：标准成分、优质成分、高纯成分，见表1-1。优质成分的在标准成分的基础上降碳增铌，从而减少碳化铌的数量，减少疲劳源和增加强化相的数量，提高抗疲劳性能和材料强度。同时减少有害杂质和气体含量。高纯成分是在优质标准基础上降低硫和有害杂质的含量，提高材料纯度和综合性能。 核能应用的GH4169合金，需控制硼含量（其他元素成分不变），具体含量由供需双方协商确定。当ω（B）≤0.002%时，为与宇航工业用的GH4169合金加以区别，合金牌号为GH4169A。 表 1-1[1]%
第22卷第11期2010年11月 钢铁研究学报 Jo urnal o f Iro n and Steel Resear ch V o l.22,N o.11N o vember 2010 作者简介:林 奔(1986 ),男,硕士生; E mail:linben 860620@https://www.doczj.com/doc/5e2219752.html, ; 收稿日期:2009 09 28 镍基高温合金GH4133B 长期时效后组织演化分析 林 奔1 , 王晓辉1 , 郑 磊1 , 蒙肇斌2 , 董建新1 , 张麦仓 1 (1.北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083; 2.钢铁研究总院高温材料研究所,北京100081)摘 要:采用SEM 、EDS 和T her mo Calc 热力学计算等方法,分析了镍基高温合金G H4133B 在不同时效时间和时效温度下的组织演化规律。从而对改善合金的服役性能提供理论依据。试验结果表明:随着时效时间的延长和时效温度的升高,晶粒尺寸无变化,碳化物种类、分布和数量变化均不明显;长期时效后的 强化相的尺寸较时效前都有所增加,尤其800!时长大最明显,形状也由球形颗粒变为方形颗粒并出现一定的取向性;800!时效500h 以上或更长时间后,合金中开始出现少量针状的 相在晶界及一次碳化物附近析出。关键词:镍基高温合金;G H4133B;长期时效;热力学计算 中图分类号:T G 142 7 文献标志码:A 文章编号:1001 0963(2010)11 0034 05 Evolution of Microstructure of Ni Based Superalloy GH4133B After Long Term Aging LIN Ben 1, WANG Xiao hui 1, ZH ENG Lei 1, M ENG Zhao bin 2, DONG Jian xin 1, ZH ANG M ai cang 1 (1.Schoo l of M aterials Science and Engineering ,U niv ersit y of Science and T echno log y Beijing ,Beijing 100083,China;2.H ig h T em per at ur e M aterials Research Div ision,Central Iro n and St eel Research Institute,Beijing 100081,China)Abstract:N i based super alloy GH 4133B is a new sty le super alloy w hich dev elo ped by our ow n nation.T he rela tio nship bet ween the evolution o f micro structur e of Ni based superallo y G H4133B and ag ing t ime and ag ing tem per ature w as studied by means o f SEM ,EDS and T hermo Calc soft war e.T his art icle can g iv e theo retical suppo rt to improv ement the active perfo rmance.T he results sho w that w ith the incr ease of ag ing t ime and aging temper a ture,the g rain size do esn t chang e and the change o f the categ or y,distr ibut ion and quantity of carbide is not dis tinct.During lo ng ter m ag ing , phase gr ow s,especially under 800!,w hich the par ticles chang ed into squar es instead o f spheres o n a fix ed orientat ion.U nder 800!for 500hours o r even lo ng er t ime aging ,t her e will be needlelike phase precipit at ing near the g rain boundary and prima ry car bide. Key words:N i based superallo y;GH 4133B;long term ag ing;thermodynamic calculation 含铌镍基高温合金GH 4133B 是我国自主研制开发的一种新型 沉淀硬化高温合金,是在GH 4133(即GH 33A )合金基础上添加微量合金元素镁、锆并改变了冶炼和模锻工艺而产生的;主要用于制造发动机中的涡轮盘、承力环和叶片,长期使用温度可达750![1]。目前我国主要歼击机、民航机 的喷气发动机涡轮盘都使用了该合金[2] 。 随着发动机性能的提高以及工作应力和温度等条件的不断恶化,GH 4133B 合金在使用过程中的组 织稳定性成为了关注的热点问题。而目前还缺乏对该合金长期时效后组织和性能的研究;笔者通过热力学计算和微观组织观察分析了合金长期时效过程中的组织演化规律及其本质原因,研究结果可为评价和改进合金的服役性能提供试验和理论依据。 1 试验方法 本试验所用合金经真空冶炼后浇铸成5kg 的铸锭,然后锻制成 15m m 的棒材,化学成分(质量分
镍基高温合金 飞行器工程学院110622班 11062228 袁同豪 摘要：定义了高温镍合金，诉说了其发展过程、成份和性能和生产工艺，以及阐述了镍基高温合金的研究、制造与应用 关键字：镍基高温合金抗氧化塑性组织稳定性固溶 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。具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能、优良的冷热加工和焊接工艺性能，在700℃以下具有满意的热强性和高的塑性。合金可以通过冷加工得到强化，也可以用电阻焊、溶焊或钎焊连接，可供应冷轧薄板、热轧厚板、带材、丝材、棒材、圆饼、环坯、环形锻件等，适宜制作在1100℃以下承受低载荷的抗氧化零件。 镍基高温合金是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Ni-20Cr-0.4Ti；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出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，镍基高温合金的工作温度从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
镍基单晶高温合金的发展概况 镍基单晶高温合金的发展概况 黄爱华1，崔树森1，王少刚1，杨胜群1，刘秀玲2，于兴福1 （1.沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳110043； 2.沈阳铸造研究所，辽宁沈阳110022） 摘要：论述了单晶高温合金的制备方法，凝固过程的控制。概述了单晶高温合金的发展历程以及合金成分的发展。最后介绍了我国高温合金的发展状况。 关键词：镍基单晶高温合金；制备方法；合金成分 高温合金由等轴晶经历了定向柱晶发展到单晶，既是发动机工作温度不断提高的要求，也是凝固技术持续发展的结果。镍基单晶高温合金通常划分为五代，早期研制的单晶合金称为第一代单晶合金[1]，随着铼(Re)元素的引入，第二代和第三代单晶合金[2]相继出现，近期开始在单晶合金中加入元素钌(Ru)，从而研制出第四代至第五代单晶高温合金。 镍基高温合金广泛应用于航空、航天、舰船、发电、机床、石油和化工等工业领域，在航空发动机上主要用于制作热端部件，如涡轮工作叶片、导向叶片、涡轮盘、燃烧室和压气机等部件。在整个高温合金领域中，镍基高温合金占有特殊重要的地位，与铁基和钴基合金相比，镍基合金具有更好的高温性能，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，可以说，镍基高温合金的发展决定了航空涡轮发动机的发展，也决定了航空工业的发展。采用定向凝固技术制备出的单晶合金，其使用温度已接近合金熔点的90%，成为当代先进航空发动机热端部件不可替代的重要结构材料。 1情况介绍 铸件形成定向柱晶组织必须具备两个条件，一是热流必须垂直于晶体生长的固液界面单向流动;二是固液界前方的液体中没有稳定的晶核。Bridgman法就是一种广泛应用的由高温熔体生长单晶的方法。 单晶和定向柱晶凝固过程的唯一差别是单晶必须是由一个晶核长大而成的。获得单一晶核的方法通常有两种：即选晶法和籽晶法，两种方法各有优缺点、互相补充。 （1）螺旋生长法制备单晶的基本原理（图1，图2）,众多晶粒在经过螺旋形的单晶选择器后，只剩下生长最快的一个晶粒，从而形成单晶。 图1单晶的螺旋生长法生产示意图图2单晶选择示意图
镍基高温合金 浏览： 文章来源：中国刀具信息网 添加人：阿刀 添加时间：2007-06-28 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， 镍基高温合金的发展趋势
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。 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 A 3B 型金属间化合物 '[Ni 3(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
国内外镍基高温合金 镍基高温合金 1、中国牌号：固溶强化型镍基高温合金 GH3007（GH5K）；GH3030（GH30）；GH3039（GH39）；GH3044（GH44）；GH3128（GH128）；GH3170（GH170）；GH3536（GH536）；GH3600（GH600）；GH3625（GH625）；GH3652（GH652）； 2、中国牌号：时效强化型镍基高温合金 GH4033（GH33）；GH4037（GH37）；GH4049（GH49）；GH4080A（GH80A）；GH4090（GH90）；GH4093（GH93）；GH4098（GH98）；GH4099（GH99）；GH4105（GH105）；GH4133（GH33A）；GH4133B；GH4141（GH141）；GH4145（GH145）；GH4163（GH163）；GH4169（GH169）；GH4199（GH199）；GH4202（GH202）；GH4220（GH220）；GH4413（GH413）；GH4500（GH500）；GH4586（GH586）；GH4648（GH648）；GH4698（GH698）；GH4708（GH708）；GH4710（GH710）； GH4738（GH738；GH684）；GH4742（GH742）； 3、美国牌号：固溶强化型镍基高温合金 Haynes 214;Haynes 230;Inconel 600; Inconel 601; Inconel 602CA; Inconel 617; Inconel 625;RA333;Hastelloy B; Hastelloy N; Hastelloy S; Hastelloy W; Hastelloy X; Hastelloy C-276; Haynes HR-120; Haynes HR-160;Nimonic 75; Nimonic 86; 4、美国牌号：沉淀硬化型镍基高温合金 Astroloy;Custom Age 625PLUS; Haynes 242; Haynes 263; Haynes R-41; Inconel 100;
上海商虎/张工：158 –0185 -9914
产品：哈氏合金、高温合金、铜镍合金、英科耐尔、蒙乃尔、钛合金、沉淀硬化钢等各种中高端不锈钢，镍基合金等。 高温合金： GH3030、GH4169、GH3128、GH145、GH3039、GH3044、GH4099、GH605、GH5188等
软磁合金： 1J06、1J12、1J22、1J27、1J30、1J36、1J50、1J79、1J85等 弹性合金： 3J01、3J09、3J21、3J35等。蒙乃尔合金：Monel 400（N04400）、Monel K500（N05500）等 膨胀合金： 4J28、4J29（与玻璃烧结）、4J32、4J33、4J34、4J36、（与陶瓷烧结）4J38、4J42、4J50等 耐蚀合金： Inconel 600、601、617、625、686、690、713C、718、Inconel X-750等 因科洛伊合金： Incoloy 20、330、718、800、800H、800HT、825、925、Inconel 926【N08926/1.4529】等 哈氏合金： Hastelloy C、C-4、C-22（N06022）、C-276、C-2000、Hastelloy B、B-2、B-3等 纯镍 / 钛合金： N4、N5（N02201）N6、N7（N02200）TA1、TA2、TA9、TA10、TC4等 沉淀硬化钢/双相不锈钢 17-4PH（sus630）、17-7PH（sus631）、15-5PH/ 2205、2507、904L、254SMO、20#（N08020） 生产工艺：热轧、锻轧、精扎、机轧、挤压、连铸、冷拔、浇铸、冷拉等 供应规格：棒材、板材、管材、带材、毛细管、丝材及块料。
GH3039 镍基变形高温合金资料 中国牌号：GH3039/GH39 俄罗斯牌号：ЭИ602/XH75MБГЮ 一、GH3039概述 GH3039为单相奥氏体型固溶强化合金，在800℃以下具有中等的热强性和良好的热疲劳性能，1000℃以下抗氧化性能良好。长期使用组织稳定，还具有良好的冷成形性和焊接性能。适宜于850℃以下长期使用的航空发动机燃烧室和加力燃烧室零部件。该合金可以生产板材、棒材、丝材、管材和锻件。 1.1 GH3039 材料牌号 GH3039(GH39) 1.2 GH3039 相近牌号ЭИ602，ХН75МБГЮ(俄罗斯） 1.3 GH3039 材料的技术标准 1.4 GH3039 化学成分见表1-1。 表 1-1%
注：1.合金中允许有Ce存在。 2.合金中ω(Cu)=0.20%。 1.5 GH3039 热处理制度热轧及冷轧板材和带材固溶处理：1050～1090℃，空冷。棒材及管材固溶处理：1050～1080℃，空冷或水冷。 1.6 GH3039 品种规格和供应状态可以供应各种规格的热轧板、冷轧板、带材、棒材、丝材、管材、和锻件。板材、带材和管材固溶处理和酸洗后交货。丝材于冷加工状态或固溶状态供应棒材不热处理交货。 1.7GH3039 熔炼和铸造工艺合金采用电弧炉熔炼、电弧炉或非真空感应炉加电渣重熔或真空电弧重熔以及真空感应炉加电渣或真空电弧重熔工艺。 1.8GH3039 应用概况与特殊要求用该合金材制作的航空 发动机燃烧室及加力燃烧室零部件，经过长期的生产和使用考验，使用性能良好。 二、GH3039 物理及化学性能 2.1 GH3039 热性能 2.1.1 GH3039 热导率见表2-1。 表 2-1[1]
国内外镍基高温合金标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
国内外镍基高温合金 镍基高温合金 1、中国牌号：固溶强化型镍基高温合金 GH3007（GH5K）；GH3030（GH30）；GH3039（GH39）；GH3044（GH44）；GH3128 （GH128）； GH3170（GH170）；GH3536（GH536）；GH3600（GH600）；GH3625（GH625）；GH3652（GH652）； 2、中国牌号：时效强化型镍基高温合金 GH4033（GH33）；GH4037（GH37）；GH4049（GH49）；GH4080A（GH80A）；GH4090（GH90）； GH4093（GH93）；GH4098（GH98）；GH4099（GH99）；GH4105（GH105）；GH4133 （GH33A）； GH4133B；GH4141（GH141）；GH4145（GH145）；GH4163（GH163）；GH4169 （GH169）； GH4199（GH199）；GH4202（GH202）；GH4220（GH220）；GH4413（GH413）；GH4500（GH500）； GH4586（GH586）；GH4648（GH648）；GH4698（GH698）；GH4708（GH708）；GH4710（GH710）； GH4738（GH738；GH684）；GH4742（GH742）； 3、美国牌号：固溶强化型镍基高温合金 Haynes 214;Haynes 230;Inconel 600; Inconel 601; Inconel 602CA; Inconel 617; Inconel 625;RA333;Hastelloy B; Hastelloy N; Hastelloy S; Hastelloy W; Hastelloy X; Hastelloy C-276; Haynes HR-120; Haynes HR-160;Nimonic 75; Nimonic 86; 4、美国牌号：沉淀硬化型镍基高温合金 Astroloy;Custom Age 625PLUS; Haynes 242; Haynes 263; Haynes R-41; Inconel 100; Inconel 102;Incoloy 901; Inconel 702; Inconel 706; Inconel 718; Inconel 721; Inconel 722; Inconel 725; Inconel 751; Inconel X-750;M-252;Nimonic 80A; Nimonic 90; Nimonic 95; Nimonic 100; Nimonic 105; Nimonic 115;C-263;Pyromet 860; Pyromet 31;Refractaloy 26;Rene, 41; Rene, 95; Rene, 100;Udimet 500; Udimet 520; Udimet 630; Udimet 700; Udimet 710;Unitemp af2-1DA;Waspaloy; Hastelloy C276、Monel 400等耐蚀合金 产地:北京 型号:C276,B2,Monel 400,Ni,600
镍基高温合金的特点、制备及应用 高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。并具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。那么，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称之为镍基高温合金（以下简称“镍基合金”）。 镍基高温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。镍基高温合金是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基高温合金Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic80(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。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。初期的镍基高温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，镍基高温合金的工作温度从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g[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。镍基合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。
镍基高温合金综述（总结） 镍基合金应用领域：航空航天，核工程、能源动力、交通运输、油气开发、石油化工，海洋工程、冶金工业、冶金行业。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。目前广泛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(Superalloy)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蚀性能，而且具有强度高、塑韧性好，可冶炼、铸造、冷热变形、加工成型和焊接等性能。 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(γ)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%的称为铁镍基耐蚀合金，W(Ni)≥50%的称为镍基耐蚀金。 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切削性能成了Monel R-405、添加适量的Al和Ti就成了沉淀型的Monel K-500。Ni-Cu合金主要用于弱还原性溶剂，特别是氢氟酸。特点：较高的强度和韧性，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(H F)、盐水、中性介质、碱盐及还原性酸介质的设备。 Ni-Mo系：Hastelloy A系列，在Hastelloy A系列上调整Mo含量和降低Fe的含量就成了Hastelloy B系列。通过降低合金的C、Si含量而成功开发了Hastelloy B-2 Ni-Cr系：典型产品系列有SMC公司的Inconel 、Incoloy ，哈氏公司的Hastelloy C、
国内外镍基高温合金 Prepared on 24 November 2020
国内外镍基高温合金 镍基高温合金 1、中国牌号：固溶强化型镍基高温合金 GH3007（GH5K）；GH3030（GH30）；GH3039（GH39）；GH3044（GH44）；GH3128（GH128）； GH3170（GH170）；GH3536（GH536）；GH3600（GH600）；GH3625（GH625）；GH3652（GH652）； 2、中国牌号：时效强化型镍基高温合金 GH4033（GH33）；GH4037（GH37）；GH4049（GH49）；GH4080A（GH80A）；GH4090（GH90）；GH4093（GH93）；GH4098（GH98）；GH4099（GH99）；GH4105（GH105）；GH4133（GH33A）；GH4133B；GH4141（GH141）；GH4145（GH145）；GH4163（GH163）；GH4169（GH169）； GH4199（GH199）；GH4202（GH202）；GH4220（GH220）；GH4413（GH413）；GH4500（GH500）；GH4586（GH586）；GH4648（GH648）；GH4698（GH698）；GH4708（GH708）；GH4710（GH710）；GH4738（GH738；GH684）；GH4742（GH742）； 3、美国牌号：固溶强化型镍基高温合金 Haynes 214;Haynes 230;Inconel 600; Inconel 601; Inconel 602CA; Inconel 617; Inconel 625;RA333;Hastelloy B; Hastelloy N; Hastelloy S; Hastelloy W; Hastelloy X; Hastelloy C-276; Haynes HR-120; Haynes HR-160;Nimonic 75; Nimonic 86; 4、美国牌号：沉淀硬化型镍基高温合金 Astroloy;Custom Age 625PLUS; Haynes 242; Haynes 263; Haynes R-41; Inconel 100; Inconel 102;Incoloy 901; Inconel 702; Inconel 706; Inconel 718; Inconel 721; Inconel 722; Inconel 725; Inconel 751; Inconel X-750;M-252;Nimonic 80A; Nimonic 90; Nimonic 95; Nimonic 100; Nimonic 105; Nimonic 115;C-263;Pyromet 860; Pyromet 31;Refractaloy 26;Rene, 41; Rene, 95; Rene, 100;Udimet 500; Udimet 520; Udimet 630; Udimet 700; Udimet 710;Unitemp af2-1DA;Waspaloy; Hastelloy C276、Monel 400等耐蚀合金 产地:北京 型号:C276,B2,Monel 400,Ni,600 耐蚀合金系列·常用耐蚀合金系列材料 中国牌号国外牌号特性和用途 NS312Inconel 600耐高温氧化物介质腐蚀，用于热处理及化学加工工业装置 NS112Inconel 800H抗氧化物介质腐蚀，抗高温抗渗碳强度高，合成纤维工程中加热管、炉管及构件 NS322Hastelloy B-2（哈氏B2）耐强还原性介质腐蚀，改善抗晶间腐蚀性，高温中盐酸及中浓度硫酸环境中使用 NS334Hastelloy C276（哈氏C276）耐氧化性氯化物水溶液及湿氯、次氯盐酸腐蚀，用于强腐蚀性氧化-还原复合介质环境