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镍基高温合金概述:
镍基高温合金是以γ′相沉淀硬化,具有良好的耐燃气腐蚀能力、较高的屈服强度和疲劳性能,工艺塑性良好,组织稳定。该合金广泛用于航空发动机转动部件,使用温度不815℃。可以生产冷轧和热轧板材、管材、带材、丝材和锻件、铸件、紧固件。热处理制度:1080℃±10℃,4h,空冷+840℃,24h,空冷+760℃,16h,空冷。
高温合金组织结构:
1、相变温度:合金中γ′相的溶解温度为980~1050℃,开始从基体中析出温度为630℃,析出峰值温度为800℃。合金中M23C6碳化物相的开始析出温度为700℃,完全溶解温度为1020℃。
2、合金组织结构:
经标准热处理后,除奥氏体基体外,该合金经650℃和730℃长期时效至3000h,γ′相的数量变化不明显,分别约有3%和1%左右的补充析出,γ′相大小分别从146nm长大至196nm和177nm。碳化物MC向M23C6转化,碳化物总量略有增加,从时效前占基体总量的0.5%增加到0.76%和0.78%。在长期时效过程中无新相析出,组织稳定。
涡轮盘是航空发动机上一个十分重要的关键零件。涡轮盘工作温度虽然比叶片低,但工作环境异常复杂,且在轮心、轮缘、榫齿、槽底和腹板等各部位所受应力、温度、介质作用程度都不同。因此,对涡轮盘材料性能提出如下典型要求:高的屈服强度;足够的塑性储备;足够的蠕变、持久强度和塑性;高的疲劳强度和低周疲劳性能;良好的耐腐蚀性、组织稳定性与可加工性。一句话,材料的综合性能要好。
涡轮盘用材料大部分是沉淀强化的铁基或镍基变形高温合金,一些盘件开始采用粉末高温合金制备,但是从制备工序、成本等角度考虑,粉末高温合金涡轮盘无法替代变形高温合金涡轮盘。
从20世纪30年代后期起,英、德、美等国就开始研究高温合金。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。
此外,美国还研制出Inconel镍基合金,用以制作喷气发动机的燃烧室。以后,冶金学家为进一步提高合金的高温强度,在镍基合金中加入钨、钼、钴等元素,增加铝、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。
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