高温合金论文关于高温合金论文范文参考资料

高温合金论文关于高温合金论文范文参考资料 第一章 文献综述 1.1 引言 高温合金是一种能够在600以上及一定应力条件下长期工作的金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，已成为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。 高温合金发展较早，上世纪30年代起源于欧美等国。目前主要分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。 因其往往使用于工业及航空航天材料关键部件，对力学性能要求较高，因此对高温合金的强化机理研究意义重大。目前一般多采用析出相的沉淀硬化作为其主要的强化手段，但这种强化手段往往存在高温下析出相聚集长大或固溶于基体的问题，最终导致材料在高温下失去强化作用，限制了高温合金的使用温度。由此可见，在高温合金材料中引入新的强化因素是提高性能的一个重要途径。 原子团簇研究是近年来国际上出现的一个十分活跃的重要领域，它是指有几个至几百个，甚至几千个原子组成的聚集体。原子团簇包括金属团簇、非金属团簇、金属-非金属团簇等体系。由于其尺寸效应，原子团簇有着许多特殊的性质，如电子壳层能带结构并存、气固相并存与转化、量子尺寸效应、极大的表体比效应、异常的化学活性和催化特性等。近年来，团簇科学与其他学科已有着许多很有意义的交叉，促进了相关学科的发展。开展高温合金中纳米原子簇的研究，可以使已有的团簇科学成果获得更广泛的应用，同时也使原子团簇科学的内容更加丰富。目前，还只是通过机械合金化（MA）合成的方法，经过热变形与热处理，在铁基合金中引入了纳米原子团簇。 图 1-1 高温合金的应用温度范围【9】-赵大鹏 1.2 铁基高温合金的发展与应用前景 氧化物弥散强化（oxide dispersion strengthened，ODS）高温合金是一类粉末高温合金，是将细小的氧化物颗粒(一般选用Y2O3)均匀地分散于高温合金基体中，通过阻碍位错的运动而产生强化效果的一类合金，其使用温度如图1-2。Y2O3 具有很高的熔点(2417)，且不与基体发生反应，所以具有非常好的热稳定性和化学稳定性,其强化作用可以维持到接近合金的熔点温度。因此，ODS 高温合金的使用温度可以达到或超过0.9Tm。 高温合金粉末的制备有三种制粉工艺：气体雾化法，旋转电极法，真空雾化法。而ODS高温合金粉末的制备方法与上述制粉方法有着本质的差异，其关键是将超细的氧化物质点均匀分散于合金粉末中。常用的三种方法是(1)内氧化法：(2)化学共沉淀法；(3)机械合金化(MA)法。 松散的高温合金粉末只有通过固结工艺，才能得到完全致密化的材料。固结的主要方法有真空热压，热等静压(HIP)，热挤压和锻造等。 社会发展导致能源需求持续增长，加之传统化石能源日益枯竭的背景下，核能成为人们关注的重点。然而如何安全利用核能确实一个摆在人们面前的难题，因为核反应堆有着极为严酷的工作环境：高温、高应力、高化学活性和强烈的中子辐射【19,20。在国际 _支持下，由美国、欧共体(现欧盟)、日本和 _四方合作设计建造的国际热核实验堆(ITER)已于1990年完成了概念设计，1992年开始了设计研究，预计于xx年建成，其装置示意图见图1-2。 图1-2 国际热核聚变实验堆结构示意图 由图1-2可见，第一壁是聚变堆中离等离子体最近的部件，第一壁材料在使用中需在聚变堆苛刻的辐射、热、化学和应力工况下保持结构完整性和尺寸稳定性。材料在强烈的中子辐射下会产生大量的缺陷、辐射嬗变副产物和气泡，中子辐射引起的材料变质如图1-3所示。 图1-3 中子引起的材料辐射效应3 低活性铁素体马氏体(RAFM)是DEMO聚变堆第一壁和包层结构材料的主要候选合金，与现在被考虑作ITER(m际热核实验堆)结构材料的奥氏体不锈钢相比，它具有较好的热物理性能。Fe(79)Cr铁素体马氏体钢从抗辐射，抗相不稳定性和抗韧性脆性转变温度(DBTT)升高观点来看，是很有前途的合金。 1.3机械合金化方法制备氧化物弥散强化（ODS）铁基高温合金 目前的制备工艺流程大致如下：制粉-固结(热挤压、热等静压)-热机械加工(模锻、轧制、挤压、等温锻造等) -热处理-探伤检验、成材。铁基ODS高温合金也基本上遵循这个工艺流程。 1.制粉 机械合金化(Mechanical Alloying,简称MA)是一种制备合金粉末的高新技术9，也叫机械球磨或高能机械球磨.。现在ODS高温合金都是采用MA技术将超细的氧化物颗粒均匀地分散到合金基体中。含有弥散氧化物颗粒的机械合金化粉末经固结处理后，便可得到密实的合金材料。 目前，ODS高温合金都是采用MA技术将超细氧化物颗粒均匀分散到合金基体中，以达到原子级别的混合。将组成合金的原料粉末和氧化物弥散相粉末，按要求的配比装入高能球磨机内，在惰性气体保护下经长时间的研磨，便可得到机械合金化粉末，其中原料粉末可以是预合金粉或者是部分预合金粉。影响机械合金化效果的主要因素是球料比、球磨机转速和球磨时间等。对于不同的合金应选用与之相应的机械合金化参数，使原料粉末的冷焊和破碎过程能较好地匹配，这不仅可以达到理想的合金化效果，而且可以保证较高的出粉率。 2.热致密化 ODS高温合金一般采用热等静压（HIP）与热挤压工艺实施固结。 HIP是以惰性气体为压力介质，把粉末压坯或粉末包套（把装入特制容器内的粉末体）置入热等静压机高压容器中，使其在加热过程中经受各向均衡的压力，借助高温和高压的共同作用使材料致密化10。HIP工艺参数主要包括温度、压力和保压时间。HIP压力应高于相应温度下的屈服应力，使颗粒尤其是小颗粒产生一定的变形，HIP的保压时间应足以消除残余孔隙，保证完全致密，改变HIP固结工艺参数会影响塑性变形或蠕变起主导作用的致密化模式，并进一步影响到显微组织。因此，为了得到预想的组织和性能的产品，必须对HIP工艺进行严格的控制。 采用热挤压工艺时，可以将粉末包套直接挤压成型，也可以将合金粉末密实化以后再进行二次挤压成型。热挤压是一种较好的致密化工艺，它综合了热压缩和热加工变形的特点，由此可以获得完全致密的材料，挤压锭的组织沿径向是不均匀的，中心组织粗大，边缘组织细小，挤压时合金晶粒尺寸受控于挤压温度、挤压比等参数。在挤压过程中大的形变量及切剪效应可碎化夹杂物，因此挤压件的组织结构与原颗粒尺寸的关系不大，挤压后细晶组织，可以实现超塑性成型，形变抗力低，有利于后续的锻造工艺。 最近也有实验采用传统粉末冶金的方法，进行模压、烧结，制得相应的材料，然后进行热变形加工，使其致密化，以期获得ODS高温合金。 3.热机械加工 热机械加工的目的有两个，首先是为了获得所需形状的产品，其次是产品获得最合适的储能，以便在以后的二次再结晶处理时，获得粗大的各向异性的晶粒结构，从而提高高温力学性能5。粉末高温合金过去从简化工艺的角度上考虑，曾采用热等静压过不经热加工的直接成型工艺，但由于热等静压时难免会有不致密的缺陷存在，因此倾向于经过热加工变形的工艺，以提高致密度，消除缺陷等目的。ODS高温合金也需经过这一阶段的工艺。常见的热加工工艺有锻造、轧制、挤压等。近来有研究表明在热加工过程中还可以形成弥散分布的新的超细氧化物颗粒1112。 4.热处理 ODS合金进行的热处理一般是再结晶退火，以期达到消除加工变形加工的残余应力和得到粗大的晶粒组织。合金的高温持久性能随晶粒长径