俄罗斯粉末冶金高温合金

俄罗斯铸造高温合金谱系
俄罗斯在高温合金领域具有深厚的研发和生产实力，其铸造高温合金谱系也相当丰富。

以下是一些俄罗斯铸造高温合金的主要类型和特点：
1.GH4033高温合金：这是一种以镍-铬为基体，添加铝、钛形成γ'相弥散强化的
合金。

它在500-700℃具有足够的高温强度，并在900℃以下具有良好的抗氧化性。

GH4033合金的冷、热加工性能良好，主要供应热轧棒材及盘坯料，广泛应用于发动机转子零件。

2.新型铝合金：俄罗斯国立研究型技术大学研制出一种低成本、可承受400℃高
温的铝合金。

这种新材料具有热稳定结构，而所有已知的铝合金在250℃至300℃就会出现明显软化。

新合金中含有铜、锰和锆，这使其导电性、强度和耐热性得到了近乎完美的结合。

此外，新合金中约10%是含有锆和锰的特殊纳米颗粒，它们均匀地分布在铝基体中。

这种新型铝合金将大大减少铁路运输、航空和其他设备的重量和碳足迹。

以上只是俄罗斯铸造高温合金谱系中的一部分，实际上，随着科技的不断进步，俄罗斯在这个领域的研究和生产也在不断发展和完善。

这些高温合金在航空、航天、能源、化工等领域有着广泛的应用前景。

粉末高温合金的成分及生产工艺各国研制成功的粉末高温合金有10余种，其中作用较广的有IN100，Rene’95，MERL76，Rene’88DT，зΠ741HΠ等。

它们都属于沉淀强化型镍基高温合金，化学成分见表15所示。

表15 几种国外粉末高温合金的化学成分FGH95是我国研制的第一个粉末高温合金，其成分相当于美国GE公司的R ene’95合金（表16），是一种高合金化的r′相沉淀强化型镍基高温合金，其r′体积含量为50%～55%，r′形成元素含量（原子）为28%。

它是当前650℃使用条件下强度水平最高的涡轮盘材料。

除用于高、低压涡轮盘外，也可用于压气机盘、涡轮轴、涡轮挡环、高温密封件等高温零件。

表16 FGH95粉末高温合金化学成分根据不同使用要求，对粉末高温合金可以采用HIP（热等静压）直接成形、HIP+模锻、HIP+等温锻和挤压+等温锻等不同工艺路线。

在我国没有大型挤压机和大型等温锻造机的条件下，曾选用HIP+包套模锻的成形工艺路线，模锻出φ420mm和φ630mm的全尺寸涡轮盘，盘件的性能基本达到了美国同类合金Rene’95技术条件的要求。

存在的问题是粉末中的陶瓷夹杂含量较高，致使材料性能不太稳定。

采用等离子旋转电极制粉设备制得粉末，其粉末质量大幅度提高。

φ420mmFGH95粉末高温合金涡轮盘的制造工艺流程如图24所示。

图24 粉末盘制造工艺流程（1）母合金熔炼用200kg真空感应炉冶炼，熔炼温度1550℃,真空度1.3×10-1Pa，浇注成φ80×1000mm的圆棒，处理后准备重熔喷粉。

（2）雾化制粉用65kg真空感应炉—氩气雾化装置将母合金重熔，熔液经漏嘴流下，用高压氩气将其雾化成粉末。

浇注温度为1520℃，氩气喷吹压力为1.6～1.8MPa。

（3）粉末处理粉末高温合金对粉末质量要求十分严格。

FGH95合金粉末在氩气保护下筛分，粒度为-150目。

粉末经静电分离法去除陶瓷夹杂。

一、概述3J1合金是铁-镍-铬系奥氏体沉淀强化型高弹性合金。

固溶处理后具有良好的塑性，硬度低，易加工成型。

经固溶或冷应变后时效处理，获得高的力学性能和弹性性能。

该类合金具有较高的强度、高的弹性模量，较小的弹性后效和滞后、弱磁性、良好的耐蚀性和热稳定性等特点，能在较高的温度、较大的应力或腐蚀性介质条件下工作。

3J1可在250℃以下工作。

该类合金也能在低温（如近-200℃）下使用。

1.1 3J1材料牌号 3J1(Ni36CrTiAl)。

1.2 3J1相近牌号ЭИ702,36HXTЮ(俄罗斯)。

1.3 3J1材料的技术标准 3J1合金的技术标准YB/T 5256—1993《弹性元件用合金3J1和3J53技术条件》。

1.4 3J1化学成分见表1-2。

1.5 3J1热处理制度见表1-3。

1.6 3J1品种规格与供应状态见表1-4。

1.7 3J1熔炼与铸造工艺合金采用真空感应炉熔炼或真空感应炉熔炼加真空自耗炉重熔。

1.8 3J1应用概况与特殊要求该类合金是20世纪60年代的老牌号，国内生产与应用多年。

主要用于制造各种航空用弹性敏感元件及耐硝酸或其他腐蚀介质的零件，如膜盒、膜片、波纹管、传送杆、挡板和其他弹性结构件等。

二、3J1物理及化学性能2.1 3J1热性能2.1.1 3J1线膨胀系数该组合金在固溶加时效状态下，其平均线膨胀系数(20～100℃)=(12.0～14.0)×10-6℃-1[1,3,4]。

2.2 3J1密度冷应变加时效状态合金的密度ρ=8.0g/cm3[1,4]。

2.3 3J1电性能在冷变形＋时效状态下ρ=1.02μΩ·m[3]。

2.4 3J1磁性能固溶加时效状态的3J1合金，其磁化率χm=(12.5～205)×10-11[4,5]。

2.5 3J1化学性能该合金对硝酸、磷酸、氢氧化钠、含硫石油、燃料油和润滑油等腐蚀介质，以及在海洋和热带气候条件下，具有较好的耐腐蚀性[4，5]。

高温合金成型方法：熔模精密铸造，铸锭冶金（包括挤压、轧制、锻造等）粉末冶金，定向凝固。

高温合金的几种成型方法的工艺路线粉末冶金高温合金如TiAl基合金的室温塑性较差，用常规塑性变形的方法加工极为困难。

粉末冶金法可以很好的解决这一问题。

这种方法以合金或单质粉末为原材料，通常先采用常规塑性加工方法（如模压、冷等静压等）对粉末进行固结成形，在经烧结就可直接获得特定形状的零件，同时实现制件的近终成型，这样就避免了对TiAl基合金的后续加工。

同时，相比于铸造合金，采用粉末冶金法所制得的材料组织更为均匀、细小。

目前基于高温合金粉末冶金的具体方法主要有:机械合金化、反应烧结、预合金粉末法、自蔓燃—高温合成、爆炸合成等。

这些方法常常两种或多种方法结合在一起使用，难以严格区分。

但是，粉末冶金方法制得的TiAl基合金部通常含有较多的杂质含量（如氧、氮等），并且粉末冶金制得合金组织不致密，内部经常存在孔隙，这些都严重的限制了粉末冶金方法的应用及推广。

部分学者采用热锻以及包套挤压方法在一定程度上减少了孔隙率，较大的提高了TiAl基合金的力学性能。

在但由于Ti、Al 元素扩散系数差别太大，元素反应扩散距离大，以及柯肯达尔效应的影响，均匀、高致密度的TiAl基合金仍然比较难以获得。

因此，在高纯粉末的制备、烧结工艺的优化、杂质的控制、提高合金的致密度等方面，粉末冶金还有较长的路要走。

铸锭冶金铸锭冶金是合金熔炼、铸造、锻造和轧制等技术的综合，是目前TiAl 基合金的典型加工工艺。

一般由铸造出来的铸锭，组织都比较粗大，成分由于偏析的存在而不均匀，并且内部也或多或少的存在缩松、缩孔等缺陷。

铸锭在进行塑性加工之前，一般要对其进行热等静压，实现对铸锭的均匀化处理。

这样可以一定程度上除合金成分的偏析，同时合金铸锭中的微观缩孔或孔洞也能被压实、焊合，这就可以防止铸锭在后续热加工过程中由于微观缩孔与孔洞引起的应力集中或合金的不均匀流变造成的铸锭的变形开裂。

粉末高温合金研究进展一、本文概述粉末高温合金，作为一种重要的金属材料，以其出色的高温性能、优异的力学性能和良好的抗腐蚀能力，在航空航天、能源、化工等领域具有广泛的应用前景。

随着科技的不断进步，对粉末高温合金的性能要求也越来越高，因此，对粉末高温合金的研究显得尤为重要。

本文旨在全面综述粉末高温合金的研究进展，包括其制备工艺、组织结构、性能优化以及应用领域等方面。

我们将简要介绍粉末高温合金的基本概念、特点以及应用领域，然后重点分析当前粉末高温合金的制备方法及其优缺点，包括粉末冶金法、机械合金化法、自蔓延高温合成法等。

接着，我们将探讨粉末高温合金的组织结构对其性能的影响，以及如何通过调控组织结构来优化其性能。

我们还将对粉末高温合金在高温、强腐蚀等极端环境下的性能表现进行深入研究。

我们将展望粉末高温合金的未来发展趋势，包括新材料的开发、新技术的应用以及新工艺的研发等方面，以期为推动粉末高温合金的研究和应用提供有益的参考和借鉴。

二、粉末高温合金的制备技术粉末高温合金的制备技术近年来取得了显著的进步，为高温环境下的应用提供了强有力的材料支持。

粉末高温合金的制备主要包括粉末制备、粉末冶金、热处理及精密加工等关键步骤。

粉末制备是粉末高温合金制造的基础。

目前，常用的粉末制备方法有气相沉积法、液态金属雾化法、机械合金化法等。

其中，液态金属雾化法因其生产效率高、粉末质量稳定而被广泛应用。

这种方法通过高速气流将液态金属破碎成细小的液滴，并迅速冷却凝固成粉末。

粉末冶金是将粉末进行压制和烧结，以获得所需形状和性能的合金材料。

压制过程中，通过模具和压力使粉末颗粒紧密结合，形成具有一定形状和密度的坯料。

烧结则是在一定温度和气氛下，使粉末颗粒间发生原子扩散和结合，形成连续的合金基体。

热处理是粉末高温合金制备过程中的重要环节，用以调整材料的组织结构、提高性能。

通过控制加热温度、时间和冷却速度等参数，可以优化合金的相组成、晶粒大小和分布，进一步提高高温强度、抗蠕变性能和热稳定性。

高温合金生产新工艺新技术高温合金是指在高温下（通常超过600°C）具有良好的抗氧化性、抗腐蚀性和机械性能的合金材料。

它们广泛应用于航空发动机、燃气轮机、工业炉等高温环境下的关键部件。

随着技术的进步，高温合金的生产工艺和技术也在不断发展，以提高合金的性能和降低成本。

以下是一些高温合金生产中的新工艺和技术。

1.粉末冶金技术：粉末冶金技术是一种生产高温合金的先进方法，它使用金属粉末作为原料，通过粉末压制和烧结工艺制成合金部件。

这种方法可以实现复杂形状的制造，减少材料浪费，并且可以在较低的温度下生产出具有优异性能的高温合金。

2.电子束熔炼（EBM）：电子束熔炼是一种在真空或惰性气体环境中使用电子束加热和熔化金属的方法。

这种方法可以生产出纯净度高、成分均匀的高温合金，并且可以减少氧化和污染。

3.真空感应熔炼（VIM）：真空感应熔炼是利用电磁感应原理在真空中熔炼金属的技术。

它可以生产出高质量的熔炼高温合金，并且有助于减少气体和杂质的含量。

4.真空电弧熔炼（VAR）：真空电弧熔炼是使用电弧加热在真空中熔炼金属的技术。

这种方法可以生产出高纯净度和高均匀性的高温合金。

5.挤压和锻造技术：通过挤压和锻造技术可以生产出形状复杂、尺寸精度高的高温合金部件。

这些技术可以改善合金的微观结构和性能。

6.热处理和热加工技术：热处理和热加工技术的发展可以提高高温合金的性能。

通过精确控制加热、保温和冷却过程，可以获得所需的微观结构和性能。

7.表面处理技术：表面处理技术，如电镀、阳极氧化和涂层，可以提供额外的保护层，增强高温合金的抗氧化性和抗腐蚀性。

8.计算机模拟和优化：计算机模拟和优化技术可以帮助设计人员在合金设计和生产过程中做出更准确的决策。

通过模拟合金的微观结构和性能，可以优化合金的成分和生产工艺。

这些新工艺和技术的应用不仅提高了高温合金的性能，还提高了生产效率，降低了成本，并有助于实现更可持续的生产方式。

随着技术的不断进步，未来高温合金的生产将更加高效和环境友好。

粉末冶金高温合金FGH96的热加工图及热压缩变形过程的开裂行为杨川;刘小涛;司家勇;刘锋;江亮【摘要】采用Gleeble3180D型热模拟试验机对热挤压态FGH96合金在变形温度1020~1140℃，应变速率0.001~1.0 s−1进行热压缩实验，分析真应力−真应变曲线，绘制热加工图。

并针对热挤压态粉末冶金高温合金FGH96在热压缩温度低于1080℃时的开裂现象，利用热模拟压缩实验方法，确定在变形温度为1050℃、应变速率为0.001~1.0 s−1的热压缩变形过程中的开裂临界应变量，观察变形后试样的裂纹形貌和显微组织，并利用有限元分析方法对热压缩变形过程进行模拟。

结果表明：试样中部位置受拉应力作用沿着变形方向产生鼓形变形，当达到临界应变量后，产生呈沿晶断裂的宏观裂纹，并且随着应变速率的减小，裂纹产生的临界应变量逐渐减小；在低应变速率条件下，在宏观裂纹产生之前，试样内部晶粒之间出现了微观开裂的现象，并造成应力下降。

%The hot compression tests were carried out for hot extruded FGH96 alloy in the temperature range of 1020−1140 ℃ and strain rate range of 0.001−1.0 s−1 by using Gleeble 3180D thermal simulation system. The true stress−true strain curves were analyzed, and the processing maps were developed. And for the phenomenon that the hot extruded powder metallurgy superalloy FGH96 cracked severely at the hot compression temperatures below 1080℃, the critical strains of cracking were determined during hot compression at deformation temperature of 1050 ℃ and strain rates of 0.001−1.0 s−1. The fractures and microstructures of deformed specimens were observed, and the hot compression was simulated by using finiteelemental method. The results show that the specimens occur barrel deformation that is affected by tensile stresses in the middle of specimens, beyond the critical strains of cracking, fractures form with intergranular cracks, and the critical strains increase with increasing the strain rate. At low strain rate, the micro-cracks form between inner grains before formation of macro-fractures, and the flow stress decreases.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】13页(P2707-2719)【关键词】粉末冶金高温合金;FGH96合金;热加工图;热挤压工艺;热压缩实验;鼓形变形;宏观裂纹【作者】杨川;刘小涛;司家勇;刘锋;江亮【作者单位】中南大学航空航天学院，长沙 410083; 中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083; 中南林业科技大学机电工程学院，长沙 410004;中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】V256粉末冶金高温合金具有晶粒细小、均匀、无宏观偏析的组织的特点，广泛用于航空发动机涡轮盘件，是航空发动机热端部件的关键材料[1-4]。