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镍基高温合金的研究与工程应用随着机械制造和航空航天工业的不断发展，对于高温高压材料的需求也越来越大。
而镍基高温合金便成为了解决这一难题的重要材料之一。
镍基高温合金具有优异的高温抗氧化性能、高强度和耐磨性等特点，成为了高端制造领域的首选材料之一。
本文将探讨镍基高温合金的研究和工程应用。
一、镍基高温合金的分类和组成镍基高温合金按所含元素定性可分为镍基合金、高温合金、超高温合金和热成形合金四类。
在这四个类别中，镍基合金和高温合金是大量被应用的两个类别。
镍基合金主要由镍、铬和铁组成，常常加入一定比例的铝、钛和钨等元素，其中铬的含量在10%~30%之间。
高温合金除包含镍、铬、铁外，还含有铝、钛、钪、钼等元素，富铝高温合金还含有少量的硼、锰、锆等元素。
二、镍基高温合金的性能镍基高温合金具有很强的高温抗氧化性能，能够保持高温下的结构稳定性，在较长时间内不会发生软化、变形和腐蚀。
这一性能通过合金中添加铝、硅、钆等元素进行增强。
同时，镍基高温合金还具有高强度和耐磨性，能够在高速摩擦和高压环境下保持稳定性能，避免失效和生产事故的发生。
三、镍基高温合金的研究目前，针对镍基高温合金的研究主要集中在材料的制备、加工、表面处理和性能优化等方面。
对于材料制备方面，热状态下的粉末冶金、熔炼和快速凝固技术是当前的研究热点。
通过这些制备方法，能够获得颗粒更细、晶粒更细的材料。
对于材料加工方面，高温合金在制造过程中需进行多次热加工和热处理，以获得其高强度、高稳定性的特点。
表面处理方面，通常蒸镀、喷涂等方法常常用于增强镍基高温合金的抗腐蚀性能。
性能优化方面，深入研究各类添加元素对于合金力学性能的影响，以及不同工艺对于合金微观结构的影响均是当前研究的方向之一。
四、镍基高温合金的应用随着工业技术的不断提高，镍基高温合金的应用领域越来越广泛。
在航空航天、军事、电力、船舶制造等领域，镍基高温合金都有广泛的应用。
一方面，镍基高温合金能够长时间保持在高温高压环境下的稳定性能，在火箭发动机、航空发动机和汽车发动机等高温机件中得到应用。
钴基铸造⾼温合⾦K6509的研究钴基铸造⾼温合⾦K6509的研究Study on Co bas ed Superalloy K6509张强,张宏炜,贾新云,谭永宁,黄朝晖(北京航空材料研究院先进⾼温结构材料国防重点试验室,北京100095) ZH ANG Qiang,ZH AN G H ong wei,JIA Xin yun,TAN Yong ning,H U ANG Zhao hui(National Key Laboratory of Advanced H igh T emperature StructuralMaterials,Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing100095,China)摘要:K6509合⾦是本院新研制的钴基⾼温合⾦,将主要⽤于涡轮发动机的导向叶⽚材料,具有较⾼的持久性能,适⽤于铸造复杂型腔的薄壁空⼼叶⽚。
本⽂主要介绍了合⾦的成分特点,主要的物理和⼒学性能,并与K640,DZ40M合⾦的⼒学性能做了对⽐。
关键词:钴基⾼温合⾦;⼒学性能;微观组织中图分类号:TG1461⽂献标识码:A⽂章编号:10014381(2009)Suppl1014204Abstr act:K6509alloy is a newly developed Co based superalloy,mainly designed for turbine vane ap plications.The alloy has excellent stress r upture properties,which is suitable for complex cored thin wall airfoils.The composition and physical and mechanical properties are introduced.The mechanical properties of this alloy are compared with K640and DZ40M.Key words:cobalt base super alloy;mechanical property;microstr ucture⾼温合⾦被⼴泛应⽤于飞机、船舶、车辆的燃⽓涡轮机和⽤作宇宙飞⾏器、⽕箭发动机、核反应堆、蒸汽动⼒发电⼚装置、⽯油化⼯设备以及其它⽤途中的耐⾼温材料。
镍基高温合金的研究和应用王睿【摘要】镍基高温合金是通常以镍铬为合金基体,并根据具体需求加入不同的合金元素,从而形成的单一奥氏体基体组织.由于镍元素在化学稳定性、合金化能力和想稳定性上的优势,镍基高温合金相对于铁基和钴基高温合金具有更优异的高温强度、抗疲劳性能、抗热腐蚀性、组织稳定性等性能.经过几十年发展和完善,我国高温合金领域在合金设计方法、合金种类、冶炼和热处理工艺、工业化管理等方面均取得了较大的进展,而凭借其独特的优势,镍基高温合金已经成为当代航空航天和燃气轮机工业中地位最重要的高温结构材料.本文主要从常见镍基高温合金分类、冶炼工艺和处理方式、强化机理以及合金化等方面,简要介绍了镍基高温合金的主要研究进展和实际应用.%Nickel-base high-temperature alloys are usually made of nickel-chromium alloy and different alloy elements are added according to specific requirements, thus forming a single austenitic matrix. Because of the advantages of chemical stability, alloying ability and relative stability of nickel element, Nickel-base high-temperature alloys has more excellent high temperature strength, fatigue resistance, thermal properties, such as corrosion resistance, stability of the organization. After decades of development and improvement, the high temperature alloys in China have made great progress in the aspects of alloy design methods, alloy types, smelting and heat treatment processes, industrialization management, etc. With their unique advantages, Ni-based superalloys have become themost important high temperature structural materials in the aerospace and gas turbine industries. In this paper, the main research progress andpractical application of nickel-based superalloy are briefly introduced from the aspects of classification, smelting process and treatment, strengthening mechanism and alloying of common Ni-based superalloys.【期刊名称】《化工中间体》【年(卷),期】2017(000)007【总页数】2页(P50-51)【关键词】镍基高温合金;航空航天【作者】王睿【作者单位】江苏省常州市武进区前黄高级中学国际分校江苏 213000【正文语种】中文【中图分类】T高温合金特指以镍、钴、铁或三者与铬的合金为基体,能够承受苛刻的机械应力和600℃以上高温环境的一类高温结构材料.它一般具有较高的室温和高温强度、良好的抗蠕变性能和疲劳性能、优良的抗氧化性和抗热腐蚀性能、优异的组织稳定性和使用可靠性.上个世纪50年代初,我国通过仿照前苏联,自主研制并生产了出第一款高温合金GH3030,从而拉开了我国对于高温合金研究和应用的序幕.20世纪60年代初,我国投入大量人力和物力研究高温合金等军工领域用材料,许多高温合金的研究和生产中心在此时得以建立,并且引进了大量的科研和检测设备.这一阶段,考虑到我国本身存在quot;缺钴少镍quot;的情况,因此我国在高温合金领域特别是铁基高温合金上取得了前所未有的突破,研究和生产均出具规模,生产了诸如GH4037、K417等多个牌号的高温合金.但是由于基体本身化学和物理性质的原因,铁基高温合金在多方面均远逊色与同成分的镍基高温合金,因此在改革开放后,镍基高温合金逐渐成为我国高温合金研究和生产的主体,通过全面紧扣镍原矿,引进欧美技术,我国在粉末镍基高温合金,单晶镍基高温合金和定向凝固柱晶高温合金等尖端领域均取得了重大突破,先后推出了FGH 系列粉末涡轮盘材料,第一、二代单晶镍基高温合金DD402、DD26等.本文主要从镍基高温合金常见分类、冶炼和制备工艺、强化机理和合金化、实际应用等几个方面来简要介绍了镍基高温合金的研究发展.镍基高温合金具有许多种类,通常按照成型工艺的不同,将其分为铸造高温合金和变形高温合金.铸造高温合金由铸造工艺制备,通常分为等轴晶、定向柱晶和单晶三种.而变形高温合金普遍由粉末工艺制备,分为粉末高温合金和弥散强化型高温合金,通常具有良好的冷热加工性能和力学性能.(1)粉末高温合金利用粉末冶金工艺制造而成的高温合金称为粉末高温合金.传统铸造-锻造工艺制成的高合金化高温合金,存在宏观偏析严重、难于成型、疲劳性低等缺点,因此在工艺生产中并未大规模使用.随着粉末工艺的推广,通过在真空或惰性气体气氛下,以制粉工艺将高合金化难变形高温合金制成细小粉末,再通过不同的成形法制成目标合金.由于晶粒细小、成分均匀、微观偏析轻微,故相对于传统铸造合金,粉末高温合金往往在热加工性能,屈服强度和疲劳强度等力学性能上均得到较大提升.目前我国常用的粉末高温合金主要有FGH系列等,其中80年代研制的FGH95是目前强度最高的粉末高温合金.(2)定向柱晶高温合金通过定向凝固技术,使得合金内的横向晶界被消除,制备出只保留了平行于主应力轴的单一晶界的合金称为定向柱晶高温合金.定向凝固柱晶工艺通过螺旋选晶器或籽晶法,只允许一个柱状晶生长,可制成消除一切晶界的单晶涡轮叶片或导向叶片.定向柱晶高温合金具有优异的高温强度和屈服强度,并且相较于单晶高温合金,工艺更为简单、制作成本和检验成本也更低,因此定向柱晶高温合金被广泛应用于涡轮叶片的制造.(3)单晶高温合金采用定向凝固工艺消除所有晶界的高温合金称为单晶高温合金.单晶高温合金同样采用定向凝固技术,但是在型壳设计上增加了单晶选择通道.由于合金内一切晶界被消除,合金化程度很高,其高温强度、疲劳性能等力学性能相对于等轴晶和定向柱晶高温合金有了大幅度的提高,因此在尖端航空领域,单晶高温合金得到广泛应用,比如美国F35战斗机涡轮叶片所采用的的即使第三代镍基单晶高温合金CMSX-10.但是单晶高温合计由于制造成本相对较高、工艺复杂,因此使用受到局限.不同种类的镍基高温合金采用的制备方式截然不同,定向柱晶高温合金和单晶高温合金均采用定向凝固技术,粉末高温合金采用粉末冶金工艺方法生产,而传统的铸造高温合金采用铸-锻工艺生产.粉末高温合金和单晶高温合金是时下应用最前沿的两类镍基高温合金,因此对于其制备方法的研究是具有直接代表意义的.(1)定向凝固技术制备单晶高温合金和定向柱晶高温合金通常采用定向凝固技术,二者差别在于单晶高温合金往往会增设单晶选择通道.现在常用的定向凝固技术有,高速凝固法(HRS)、液态金属冷却法(LMC)、发热剂法(EP)和功率降低法(PD)等,这其中高速凝固法和液态金属凝固冷却法是目前应用最广的制造工艺.高速凝固法(HRS)通过在加热区底部增设了隔热挡板,并且在水冷底盘添加水冷套,使浇注后型壳与加热器之间发生了相对移动,增大了挡板附近的温度梯度,从而实现细化组织,消除晶界各异性的目的.液态金属冷却法(LMC)则是通过加入一个冷却剂槽,通常以锡为冷却剂.当合金熔体浇注成型后,将其从加热器中移出并逐渐匀速浸入到液态锡冷却剂中,这样在合金凝固表面和内部形成了较大的温度梯度,促使晶粒以单一方向生长.通过控制诸如冷却剂温度、浸入速率等参数可以调整合金的晶粒尺寸.(2)粉末冶金工艺粉末冶金工艺通常分为粉末制备和粉末固结两个阶段.目前在实际生产中的粉末制备工艺主要采用气体雾化法和旋转电极法.气体雾化法又被称为AA法,首先将真空熔炼过的母合金加入到雾化设备中,在真空环境下进行重熔,熔解的合金经由漏嘴流出后,在高压气体流的冲击下被雾化成粉末,其中氩气是最常用的气体.旋转电极法则是将合金料在高速旋转,利用固定的钨电极产生等离子弧来连续熔化合金料,这样在离心力的作用下,形成的液滴飞出形成了细小的粉末.粉末制备成功后,需要进行固结以便成形.由于传统的高温合金粉末中往往含有难烧结且易氧化元素,因此在传统的直接烧结工艺下成形相当困难,必须引入高温高压气氛.目前常见的粉末固结方式有真空热压成形、热等静压成形、热挤压和锻造、电火花烧结等成型方法,其中热等静压和热挤压是国内常用的两个工艺.镍基高温合金的强化效应通常组织强化和工艺强化两种.第一种是因为高温合金中的合金元素和基体元素相互作用,引起组织的变化而产生的强化效应.工艺强化是通过改良生产工艺、处理方式、锻造工艺等来实现对高温合金性能的提升.众多强化方式中,合金化对于高温合金性能的改变尤为重要.镍可以通过固溶、形成第二相等方式与加入的合金元素相互作用,其中常见的合金元素有Cr,W,Mo,Re,Al,Ti,Ta,C,B,Zr和稀土元素等十余种合金元素,这些元素在合金中起着不同的作用.Cr是镍基高温合金中含量相对较高的一个元素,它以固溶态存在于基体中,从而改善镍基高温合金的抗氧化性和抗热腐蚀性.W和Mo通过提高扩散激活能,降低合金中的扩散,从而增强原子间结合力,提高合金的硬度和高温强度.Al 是最主要的γ'相形成元素,且在高温下能形成保护性的氧化膜,提高合金的抗氧化性能,因此Al也常被用于表面化处理.其他如C,B,Zr和稀土元素等微量元素,在镍基高温合金中的含量均在1%以下,但是也起着很强的作用.经过几十年的研究和发展,镍基高温合金虽已经在多个方面均取得较大的突破,但为了满足航空、航天领域对于高性能高温合金材料不断增加的需求,也为了应对相关领域的国际竞争,增加我国的制空竞争力,在以后得研究中仍得从以下几个方面加强:(1)建立和完善更有效的合金设计方法,通过调整合金元素的比例,改善制造工艺来得到强度更高,质量更轻,成本更低的镍基高温合金;(2)应该对尖端高温合金诸如第三代单晶高温合金、第五代粉末高温合金的研制,改善制备工艺,使得这类合金的性能和质量更加稳记录并完善合金的性能和数据;(3)要扩大应用范围,扩展对于民用燃气轮机中高温合金的研制和开发.总之,镍基高温合金是航空航天领域发展的核心关键,高温材料的强度决定了飞机发动机的推重比和性能,因此研究镍基高温合金是认识材料领域,了解我国乃至世界航空航天领域发展,探索我国国防事业的一块敲门砖.王睿,男,江苏省常州市武进区前黄高级中学国际分校;研究方向:材料类.【相关文献】[1]郭建亭.高温材料学[J].北京:科学出版社,2010.06.[2]张义文.粉末高温合金研究进展[J].中国材料进展,2013年第1期.[3]孙晓峰.镍基单晶高温合金研究进展[J].中国材料进展,2012年第12期.[4]王斌,Al对高温合金高温抗氧化性能的影响[J].材料热处理技术,2012年5月.。
钛合金高温抗氧化涂层的研究进展3李 威1,肖来荣1,2,温燕宁1,胡加瑞1,蔡圳阳1,殷傲宇1(1 中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;2 中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室,长沙410083)摘要 高温抗氧化性差是限制钛合金作为高温结构材料在航空航天领域广泛应用的关键问题。
从涂层体系出发,综述了国内外钛合金高温抗氧化涂层的研究进展。
根据涂层的制备方法和性能,对比了各涂层的优缺点,分析了涂层研究中面临的问题,并提出了解决方法,展望了钛合金高温抗氧化涂层的发展方向。
关键词 钛合金 高温抗氧化 涂层 性能中图分类号:TB43 文献标识码:AProgress in R esearch on High T emperature Oxidation R esistantCoatings of Titanium AlloysL I Wei 1,XIAO Lairong 1,2,WEN Yanning 1,HU Jiarui 1,CA I Zhenyang 1,YIN Aoyu 1(1 School of Materials Science and Engineering ,Central South University ,Changsha 410083;2 The Key Laboratory of Non 2Ferrous Metals ,Materials Science and Engineering of Ministry of Education ,Central South University ,Changsha 410083)Abstract The use of titanium alloys as high temperature structural material in aerospace industry is restricted because of its poor oxidation resistance at high temperatures.The present status of research on high temperature oxida 2tion resistant coatings of titanium alloys is reviewed.The advantages and disadvantages of different coatings are com 2pared on the basis of preparation method and properties of the coating ,existing problems are analyzed and possible so 2lutions are suggested ,and the trend development is pointed out.K ey w ords titanium alloys ,high temperature oxidation resistant ,coatings ,properties 3材料科学与工程国家创新实验区项目 李威:男,硕士,主要从事高温防护涂层的研究 肖来荣:通讯作者,男,1968年生,教授 E 2mail :leevii @0 引言钛合金是一种新型结构材料,具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀等优点。
高温合金材料在航空发动机中的应用与发展1. 引言航空发动机是现代航空运输中不可或缺的关键组件，其性能直接影响着飞机的速度、燃油消耗和可靠性。
而高温合金材料作为航空发动机中的重要结构材料，具备出色的高温抗氧化、高温强度和热蠕变性能，为提高发动机的性能和可靠性发挥着不可替代的作用。
本文将对高温合金材料在航空发动机中的应用与发展进行探讨。
2. 高温合金材料的概述高温合金材料是一种能够在高温环境下保持较好性能的特殊金属材料。
它们通常由镍、钴、钢和铝等金属元素合金化而成，其中镍基和钴基高温合金是应用最多的两类。
这些高温合金材料具有优异的高温强度、抗氧化性和耐蠕变性能，可以在高温环境下长时间保持其结构的完整性和性能的稳定。
3. 高温合金材料在航空发动机中的应用（1）涡轮叶片涡轮叶片是航空发动机中最重要的零件之一，其承受着高温、高压气流的冲击。
高温合金材料的高温强度和抗氧化性使其成为涡轮叶片材料的首选。
通过采用高温合金材料制造的涡轮叶片，可以提高发动机的工作温度，提高发动机的推力和燃油效率。
（2）燃烧室航空发动机的燃烧室是燃烧混合物进一步燃烧的场所，因此需要具备良好的高温抗氧化和高温强度性能。
高温合金材料可以有效延长燃烧室的使用寿命，提高燃烧效率，减少机身重量，降低燃油消耗。
（3）尾喷口尾喷口是航空发动机中的关键部件，承受着高温高速气流的冲击和侵蚀，需要具备良好的高温强度和耐腐蚀性能。
高温合金材料的应用可以提高尾喷口的可靠性和寿命，减少维修和更换的频率，降低航空公司的运营成本。
4. 高温合金材料的发展趋势（1）合金设计随着航空发动机的性能和效率要求不断提高，高温合金材料的设计也在不断发展。
新型高温合金材料的合金设计更加注重综合性能的平衡，如高温强度、抗氧化性、热蠕变性能和耐腐蚀性能等。
同时，通过合金的微量元素调控，改善材料的高温持久性能和可加工性。
（2）先进制备技术制备高温合金材料的先进技术是推动其应用与发展的重要因素。
高温合金的蠕变特性及机制探究高温合金是一种能够高温下稳定运行的重要材料，广泛应用于航空、航天、能源等领域。
然而，高温下的蠕变现象会严重影响高温合金的机械性能和使用寿命，因此研究高温合金的蠕变特性及机制具有重要意义。
一、高温合金的蠕变特性高温下的蠕变是指在一定应力下，物质在温度较高的条件下发生变形，表现为时间依赖的塑性应变。
高温合金的蠕变特性的研究主要包括蠕变应变速率与应力的关系、蠕变变形的时间依赖性、蠕变断裂机制等方面。
蠕变应变速率与应力的关系是高温合金蠕变特性的重要参数之一，通常用蠕变曲线来表示。
一般来说，蠕变曲线可以分为三个阶段：初期、稳定期和后期。
初期表现为瞬时蠕变，稳定期表现为缓慢蠕变，而后期表现为加速蠕变。
在初期和稳定期，蠕变曲线的斜率较小，而在后期则斜率增大，蠕变速率加快。
随着时间的增加，高温合金的蠕变应变也会逐渐增加。
在相同应力下，温度越高，蠕变应变越大。
高温合金的蠕变变形具有明显的时间依赖性，即在相同应力下，蠕变应变随时间的增加而增加。
这种时间依赖性表现为蠕变应变速率的变化。
蠕变变形的时间依赖性不仅影响高温合金的机械性能，还影响其使用寿命。
高温合金的蠕变断裂机制是指高温下材料断裂时的机制。
蠕变断裂主要有两种机制：晶粒边界间断裂和扩展型断裂。
晶粒边界间断裂可以在初期或稳定期发生，而扩展型断裂则通常发生在后期。
二、高温合金蠕变机制高温合金的蠕变机制是指材料在高温下发生蠕变的物理和化学机制。
高温合金蠕变机制的研究对于提高高温合金的性能以及延长其使用寿命具有重要意义。
高温合金的蠕变机制主要有两种：晶粒滑移和晶界扩散。
晶粒滑移是指晶体中原子在应力作用下发生的移动。
晶界扩散则是指晶界扩散的原子在应力作用下发生移动。
高温合金蠕变过程中，滑移和扩散机制通常同时存在。
不同的高温合金，其蠕变机制可能不同，同时机制的比例也可能不同。
在晶粒滑移机制中，晶体原子会沿着晶格面产生移动，使晶体的某些方向延伸，另外一些方向则收缩。
三种镍基单晶高温合金的热腐蚀行为研究研究报告：三种镍基单晶高温合金的热腐蚀行为研究引言•研究目的：了解三种镍基单晶高温合金在高温环境下的腐蚀行为。
•研究意义：为高温合金的设计、开发和应用提供科学依据。
实验方法•样品制备–制备三种镍基单晶高温合金样品。
•实验装置–搭建高温腐蚀实验装置。
•实验步骤–将样品放置在实验装置中，暴露在高温腐蚀环境中。
–设定不同实验条件，如温度、压力等。
–实时监测样品的质量变化以及腐蚀程度。
–记录实验数据和观察结果。
实验结果•腐蚀行为分析–对三种镍基单晶高温合金的腐蚀速率进行比较。
–观察腐蚀表面的变化，如形成的氧化物层厚度、裂纹等。
–分析不同实验条件对腐蚀行为的影响。
结论•三种镍基单晶高温合金的热腐蚀行为研究得出以下结论：1.实验条件不同对腐蚀速率有显著影响。
2.氧化物层厚度与腐蚀程度呈正相关关系。
3.样品表面出现裂纹是腐蚀的严重程度指标之一。
•结果分析可以为镍基单晶高温合金的设计和应用提供指导。
展望•对于未来的研究方向和可能的改进进行探讨。
•基于本研究结果的应用前景展望。
注：本报告使用Markdown格式撰写，不包含HTML字符、网址、图片和电话号码等内容。
引言•研究目的：了解三种镍基单晶高温合金在高温环境下的热腐蚀行为，为提高材料的腐蚀抗性提供基础数据。
•研究意义：高温合金广泛用于航空、航天、能源等领域，而高温腐蚀是制约其应用的重要问题，因此对其热腐蚀行为的研究具有重要的应用价值和科学意义。
实验方法•样品制备–选择三种镍基单晶高温合金作为研究对象。
–使用先进的制备技术，制备具有一致晶粒结构和成分的样品。
•实验装置–设计和搭建高温腐蚀实验装置，确保温度、压力和气氛等参数的准确控制。
•实验步骤–将样品放置在实验装置中，暴露在高温腐蚀环境中。
–采用周期性腐蚀测试方法，实时监测样品的质量损失情况。
–使用扫描电子显微镜（SEM）观察腐蚀表面的形貌，分析氧化物层的厚度和结构。
–利用X射线衍射（XRD）技术分析样品的相变和晶格结构的变化。
新型高温合金材料的设计与合成 随着科技日新月异的发展，高温合金材料在现代工业生产和技术领域中扮演着至关重要的角色。新型高温合金材料的设计与合成已成为人们关注的热点之一。本文将探讨新型高温合金材料的设计及其合成的相关原理和方法。
一、新型高温合金材料的设计原理 高温合金材料是指在高温下能够保持较好的力学性能和化学稳定性的金属材料。因此，对于高温合金材料的设计，需要考虑以下几个方面的原理：
1.合金成分设计 合金成分是高温合金材料设计的重要基础。理论上，合金成分中需要包含高温下能够稳定的合金元素，例如铬、钨等，同时需要保证合金成分中其他元素对高温性能的影响尽可能小。
2.晶体学设计 晶体学设计是指在制备高温合金材料时，通过调节晶格结构，优化材料的力学性能和化学稳定性。尤其是在高温应力下，优化晶格结构对材料的性能影响尤其明显。
3.加工处理设计 加工处理设计包括热加工、冷加工、时效、固溶处理等一系列过程，通过合理调节处理参数，提高高温合金材料的高温强度、耐腐蚀性和机械性能等。
二、新型高温合金材料的合成方法 在高温合金材料的设计原理的基础上，为了实现高温合金材料的合成，需要选择合适的工艺和方法。以下是常用的合成方法：
1.热等静压法 热等静压法又称为“热压法”，是指通过在高温下对金属粉末施加压力，并在压力下提高温度，使金属粉末均匀烧结成型的过程。 2.粉末冶金法 粉末冶金法是指通过混合金属粉末、压制成型、烧结等一系列过程，制备出高温合金材料的方法。此方法具有制备精度高、成本低的特点。
3.物理气相沉积法 物理气相沉积法是指通过在高温下将气体中的特定元素离子，沉积到热难熔的金属或陶瓷基底上，以实现高温合金材料的制备。
三、新型高温合金材料的应用前景 新型高温合金材料的出现，对于现代工业制造、航空航天、能源开发等领域的发展具有非常重要的意义。其中，高温合金材料在航空航天领域中的应用尤为广泛。
例如，高温合金材料可以用于制造航空发动机中的涡轮叶片、燃烧室等部件，提高发动机的性能。同时，在能源领域中，高温合金材料可以用于制造锅炉、燃气轮机等设备，提高能源利用率。 结语： 高温合金材料是人类在不断探索新材料领域中的一个重要突破。随着科技的快速发展，新型高温合金材料的设计和合成技术将不断提高，为现代工业制造和技术领域的发展带来更多新的可能。
2020年高温合金行业研究报告导语我国高温合金产业发展较快，但技术与世界先进水平仍存在差距，并且国内生产能力不足，高端品种尚未实现自主可控，供需缺口较大。
高温合金新进入壁垒高，体现在技术壁垒、销售渠道、资金实力等方面。
高温合金——现代工业装备领域的关键材料高温合金在军民工业领域运用广泛，是制造发动机以及燃气轮机热端部件的关键材料。
国防建设的需求以及国家的大力支持持续推动着高温合金产业的发展，市场前景广阔。
高温合金简介高温合金是指一般以铁、镍、钴为基，能在大约600℃以上的高温下抗氧化或腐蚀，并能在一定应力作用下长期工作的一类合金。
铁基高温合金使用温度一般只能达到700℃左右，多应用于交通运输、石油化工、矿山冶金等领域；钴基高温合金受限于钴元素的开采和使用，尚无法实现大范围的推广应用；镍基高温合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位，可以在高于1000℃的恶劣环境中保持较好的力学性能，因而广泛地用来制造高性能的航空发动机和各种工业燃气轮机的最热端部件。
在研发应用中，一般按制备工艺划分成铸造高温合金、变形高温合金和其他几类新型高温合金。
其中变形高温合金应用最为广泛，大致占比达70%，铸造高温合金和新型高温合金分别为20%、10%。
应用从航空航天向其他工业领域扩展高温合金材料具备优良的耐高温、耐腐蚀、抗疲劳，最初因制造工艺复杂，量产困难，主要应用于航空航天领域。
随着技术的发展和产量的提升，逐渐被应用到电力、机械、工业、汽车等领域。
据Roskill 统计，全球每年消费高温合金材料约30 万吨，其中约55%用于航空航天领域，其次是电力领域，占20%。
在航空航天领域，高温合金是制造航空航天发动机热端部件的关键材料。
在液体火箭发动机中，高温合金应用比例接近总重量的一半，逐渐呈现出复杂化、薄壁化、复合化、多位一体、无余量的趋势。
在先进的航空发动机中，关键的热端承力部件均为高温合金，高温合金用量占发动机总重量的40%－60%以上，发动机的性能水平在很大程度上取决于高温合金材料的性能水平。
第1页 材料科学与工程前沿课程报告 第二部分：高温合金专题学习报告
学院：材料科学与工程学院 专业：材料科学与工程 姓名：XXXXX 学号：XXXXX 班级：XXXXX
2012年11月19日 第2页
高温合金材料研究进展 摘要：本文主要是根据这学期在材料科学与工程前沿课上听了董建新教授讲关于高温合金相关的知识，然后通过调研，对国内外高温合金的研究发展现状有了一定的认识，本文主要介绍目前高温合金材料的研究进展和我校在相关方面的研究成果，并提出自己的见解，我国高温合金方面虽然有了很大的进步，但是和国际上的高温合金的研究还有差距，建立在仿制国外高温合金材料的基础上的创新并不是真正的创新，真正想要达到并超越国际水平，我们还有很长的路要走。 关键词：高温合金 董建新 研究进展 引言 高温合金是制造现代航空发动机、航天火箭发动机和各种工业燃气涡轮发动机的重要金属材料。目前在先进的航空发动机中，高温合金用量所占比例高达50%以上。显然，没有高温合金就不可能有高速、高效率、安全可靠的现代航空和航天事业，同时，高温合金在核工程、能源动力、交通运输、石油化工、冶金等领域也有广阔的用途[1]。高温合金是在550℃以上温度条件下能承受一定应力并具有抗氧化和抗热腐蚀能力的材料。我国的高温合金以合金成形方式、合金基体元素、合金强化方式的顺序，构成我国高温合金系列和体系，其中合金成形方式有变形高温合金、铸造高温合金（包括等轴晶铸造高温合金、定向凝固柱晶高温合金和单晶高温合金）、焊接用高温合金丝、粉末冶金高温合金、弥散强化高温合金和金属间化合物高温材料之分。在这些不同合金系列之下，再分为铁基、镍基、钴基及铬基合金。 董建新教授从高温合金在航空航天等高科技产品上面的应用开始说起，介绍了高温合金材料的研究现状、制备和加工方面，还有高温合金的元素组成、强韧化和工艺强化等知识，让我们对目前的高温合金材料的研究现状有了初步的认识。经过50多年的研究，我国在高温材料领域已经取得了一系列的进步，但是，还是与国外如美国等还存在着相当大的一段距离，例如我国生产的涡轮盘质量就不及美国，一些关键的技术都处于被国外封锁的阶段，一些关键的零部件我们不能研发，只能靠进口。这在很大程度上制约了我国航空、汽车制造业的发展。所以，研究高温材料的科研人员还是有很大的用武之地的。目前各国纷纷提出航天发展计划，竞争将愈加激烈。我们国家必须重点发展高温合金在高科技航空航天领域第3页
的研发，才能在未来的空间竞争中占得一席之地。 一、国际上高温合金的研究现状 从20世纪30年代后期起，英、德、美等国就开始研究高温合金。1937年德国涡轮喷气发动机Hcinkel问世，1939年英国研制出Whittle涡轮喷气发动机。同年，英国Mond公司首先研制成一种低碳含钛的镍基合金Nimonic75，不久又有含铝和钛合金元素的Nimonic80合金问世。这种合金与Nimonic75相比，蠕变性能在应力和持续时间相同的条件下，蠕变温度可以提高50℃[2]。 第二次世界大战期间，为了满足新型航空发动机的需要，高温合金的研究和使用进入了蓬勃发展时期。40年代初，英国首先在80Ni-20Cr合金中加入少量铝和钛，形成γ’相以进行强化，研制成第一种具有较高的高温强度的镍基合金。同一时期，美国为了适应活塞式航空发动机用涡轮增压器发展的需要，开始用Vitallium钴基合金制作叶片。1941年后美国开始发展航空燃气涡轮，1942年将HastclloyB镍基合金先后用于GE（通用电器）公司的两种喷气发动机中，1944年开发出钴基合金HS23用于西屋公司发动机中的精密铸造叶片。1950年后由于钴资源缺乏美国发展镍基合金，并广泛用于制作涡轮叶片。在此期间，美国的PW公司、GE公司和特殊金属公司分别开发出Waspalloy、M-252和Udinet500等合金。 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。60年代以后，陶瓷过滤、等温铸造、定向凝固、粉末冶金、机械合金化等新工艺的成功应用，推动了高温合金的迅猛发展，其中尤以采用定向凝固工艺制造出单晶高温合金叶片，于70年代初步获得成功应用，使航空发动机的性能大幅度提高。 在前苏联，高温合金称为耐热合金，20世纪40年代中期至50年代在耐热钢的基础上开发出铁-镍基、镍基、钴基耐热合金，前苏联镍基耐热合金成分特点是添加较多的钨和钼元素，添加一定量的铁元素，经常加人少量的钒元素，而美国合金常用钼元素，少用钨元素。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。 二、我国高温合金体系及其发展 自1956年第一炉高温合金GH3030试炼成功，迄今为止，我国高温合金的第4页
研究生产和应用已经历了50多年的发展历程。回顾50多年的历史，我国的高温合金从无到有，从仿制到自主创新，合金的耐温性能从低到高，先进工艺得到了应用，新型材料得以开发，生产工艺不断改进且产品质量不断提高，并建立和完善了我国的高温合金体系，使我国航空航天工业生产和发展所需的高温合金材料立足于国内，也为其它工业部门的发展提供了需要的高温材料（图1[3]）。
图1世界高温合金(涡轮叶片、盘片)的发展趋势和我国主要合金的研制 根据2002年出版的《中国航空材料手册》，我国可供航空选用的高温合金牌号89个，目前正在编撰的《中国高温合金手册》中共列入牌号194个，其中：铁基变形合金30个，镍基变形合金43个，钴基变形合金6个，等轴铸造镍基合金62个，定向凝固镍基合金15个，单晶镍基合金9个，金属间化合物基合金20个，粉末高温合金3个，ODS合金5个，以及焊丝等，可供航空航天及其它工业部门选用。形成高温合金体系的，全世界没有几个，中国是其中之一，其余为美、英、俄，说明我们国家的高温合金材料研究已经形成了规模。 第5页
三、北京科技大学在高温合金方面所取得的成果 在发展尖端技术的推动下，冶金部于1958年从工厂抽调一批有才能的科技人员充实钢铁及有色两院，高温合金为北京钢铁研究总院研究与开发的重点领域，继而上海钢研所、航天部703所以及几所大学、如北京钢铁学院（现北京科技大学）等都加人了高温合金的研究与开发行列，值得指出的是，60年代初在钢铁学院和东北工学院还设立了高温合金专业，一直延续了十余年，为高温合金的发展培养了一批专门人才，在高温合金的发展过程中，促进了我国微量元素分析和相分析技术，高温物性与力学性能测试技术，不但保证了高温合金的生产，也使我国高温合金的研究达到较高水平[4]。 单从北京科技大学的角度看，发展至今，在高温合金领域依然有很强的竞争力，从1961年起，我院高温合金梯队谢锡善教授一直从事耐热钢及变形高温合金的工作以及高温材料强韧化和断裂导致失效的分析和改进研究。历年来主持并进行了：铁基高温合金研究、微量元素在高温合金中的作用、高温合金力学冶金高温合金强韧化、烟气轮机用高温合金大涡轮盘研制、新机种用GHl69合金及粉末高温合金涡轮盘的研究，改善大型锻件（涡轮盘）热加工工艺提高综合性能研究、高温合金表面合金化高温台金强韧化机理以及高温部件长期运行中的组织稳定性及寿命估算研究等。还主持和参与了多项国家、部委重点，国家自然科学基金，“863”高科技课题，和美、法、日、印度、巴西以及韩国等国际合作课题 [5]。
我院葛昌纯院士也一直活跃在高温合金材料的制备与研究上，不断探索新的工艺进行研究，提出了火花等离子体放电（SPD）制备高温合金细粉新技术，并设计了样机，该方法与常用的高温合金制粉方法-等离子旋转电极法和氩气雾化法的原理不同，与之相比，该方法冷速更快，可制备粒度更细小的粉末，且设备简单，该方法制备的粉末粒度分布窄、球形度高、粉末颗粒表面光滑、看不到枝晶、颗粒内部是球状晶凝固组织，从而组织更均匀[6]。还有刘国权教授等也一直在粉末高温合金领域进行着探索。中国粉末高温合金的研究始于1977年，目前已研制了以FGH95合金为代表的使用温度为650℃的第一代高强型和以FGH96合金为代表的使用温度为750℃的第二代损伤容限型粉末高温合金。但从总体上讲，与国外之间还是有较大的差距。而刘国权教授梯队在粉末高温合金领域也取第6页
得了一系列的成果。 四、总结与展望 50 多年来，我国高温合金取得了辉煌的成绩，但是也仍然存在着一些问题，创新是我们国家科技发展的灵魂，我国的高温合金必须突破引进加仿制到创新的体制，充分发挥我们自主的创新性，大力深化科技体制改革，把国内搞高温合金的力量集中起来，共同应对未来空间开发用的高温合金及民用高温合金，使我国高温合金体系建立在一个更坚实的基础上。
参考文献： [1]师昌绪，仲增墉，中国高温合金五十年[M]，北京：冶金工业出版社，2006 [2]赵明汉，张国庆，孙晓峰，杨洪才，我国高温合金体系的发展[J]，北京：冶金工业出版社，2006 [3]师昌绪，仲增墉，我国高温合金的发展与创新[J]，金属学报，2010，46(11)：1281-1288 [4]师昌绪，仲增墉，中国高温合金40年[J]，金属学报，1997，33(1)：1-8 [5]赵凡，献身中国高温合金事业——北京科技大学谢锡善教授[J]，科技成果管理与研究，2011，(3)：101-102 [6]于军，葛昌纯，孟璐璐，沈卫平等，火花等离子体放电制备高温合金细粉新技术[J]，2008，44(7)：892—896
