高温合金成分设计.pptx
- 文档编号:2756506
- 上传时间:2022-11-11
- 格式:PPTX
- 页数:32
- 大小:15.09MB
高温合金成分设计.pptx
《高温合金成分设计.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高温合金成分设计.pptx(32页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
小组成员:
玛合巴丽、李松松、李新鹏、彭景雅、魏梦莹Compositiondesignofhightemperaturealloys高温合金的成分设计合作QQ:
243001978CONTENTS目录高温合金的定义和性能01高温合金的分类和特点02高温合金的性能要求03高温合金的成分设计04PartOne高温合金的定义和性能合作QQ:
243001978高温合金以Ni(1450)、Co(1480)、Mo(2620)等高熔点金属为基体,加入其它元素构成的能在600以上高温、较大复杂应力条件下适应不同环境短时或长时使用的金属材料。
具有较高的高温强度、塑性;良好的抗氧化、抗热腐蚀性能;良好的热疲劳性能和断裂韧性;良好的组织稳定性和使用可靠性。
高温合金的定义高温合金的性能特点PartTwo高温合金的分类和特点高温合金的分类高温合金材料按制造工艺,可分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金和发散冷却高温合金。
按合金基体元素,可分为铁基(铁镍基)、镍基和钴基高温合金,使用最广的是镍基高温合金,其高温持久强度最高,钴基高温合金次之,铁基高温合金最低。
按强化方式,可分为固溶强化高温合金、时效强化高温合金和氧化物弥散强化高温合金。
按主要用途又可分为板材合金、棒材合金和盘材合金。
高温合金的特点1234镍基高温合金中的强化相数量可高达6070vol.%,强化效果显著。
高温强度高FCC基体,不易产生有害相,数量大且与基体共格性好,性能对尺寸的影响不敏感。
组织稳定性高耐中性、酸性、碱性、氧化及还原介质的的腐蚀,耐高温腐蚀和氧化。
耐蚀性好含有Cr、Co、Mo、W、B、Zr、Ta、V、Al、Ti等十多种元素,起固溶强化、第二相强化、晶界强化等综合强化作用。
合金化程度高5铸造镍基高温合金可进一步提高合金化程度,从而具有更高的高温强度,其使用温度已接近1100。
铸造高温合金PartThree高温合金的性能要求高温合金的性能要求高温合金工作在6001200C,高温性能要求:
高温下的力学性能蠕变持久强度热疲劳松弛高温下的抗腐蚀性能提高抗氧化、硫化、氮化、碳化、热腐蚀性,可采用在合金中加入其它元素,或在合金表面涂层的方法。
如在合金的表面渗铝、渗硅或铬铝、铬硅共渗,陶瓷涂层等。
PartFour高温合金的成分设计高温合金的成分设计提高高温性能的途径和方法结构强化固溶强化沉淀强化晶界强化碳化物和氧化物强化工艺强化定向凝固粉末冶金快速凝固结构强化加入其它元素,如不同原子尺寸的元素Co、W、Mo等,引起基体金属的点阵畸变;W、Mo可减缓基体金属扩散,Co降低合金基体的堆垛层错能,从而提高的高温稳定性。
固溶强化通过粉末冶金方法,在合金中加入高温下保持稳定的细小氧化物颗粒,如ThO2、Y2O3、A2O3等,呈弥散分布,起到钉扎位错和阻碍位错运动的作用。
碳化物和氧化物强化必须找到一个平衡点。
因为晶粒过度细化,会使得蠕变强度和断裂强度的降低,晶粒过大会降低抗拉强度。
为了提高晶界的高温强度,通常采用控制有害杂质,加入为了的B、Zr或稀土元素,强化晶界晶界强化通过高温固溶后淬火时效的方法,使过饱和的固溶体中析出共格第二相的、“、碳化物等细小颗粒均匀分布于基体上,阻碍位错运动,起到强化作用。
沉淀强化合作QQ:
243001978高温合金的成分设计钴基高温合金:
Nb和Ta元素的添加对钴基高温合金蠕变性能的影响钴基高温合金在相同的加载条件下的蠕变应变率与时间的修正曲线:
(a)900;(b)1000高温合金的成分设计CoNb高温合金中的蠕变损伤发展和断裂:
a)局部相互作用蠕变损伤,(b)主要裂纹形成(拉伸轴是水平的),和(d)SEM显微照片,显示脆性晶间和枝晶间断裂模式的断裂外观。
在1000C和40MPa下蠕变。
CoTa高温合金的蠕变损伤发展和断裂:
(a)相邻的裂缝M23C6碳化物之间的局部相互作用,(b)主裂纹,(c)最终断裂附近的裂缝,和(d)显示穿晶断裂模式的SEM显微照片。
在1000C和40MPa下蠕变。
高温合金的成分设计钨浓度对Co-10Ni-6Al-(0,2,4,6)W-6Ti(at)钴基高温合金组织的影响Co-10Ni-6Al-xW-6Tiat%钴基高温合金Backscatteredscanningelectronmicrographsofthe(f.c.c.)plus(L12)microstructureinallalloysagedat1000Cfor256h.Backscatteredscanningelectronmicrographsofgrainboundariesmeetingattriplepointsin2W,4W,6Walloysafter256hofagingat900and1000C高温合金的成分设计Al、W和Mo元素对钴基高温合金的影响Co-30Ni-(6+x)Al-(3-y)W-yMo-1Ta-3.5Ti-12Cr-0.1Hf-0.025C(x=0,y=0,1,andx=2,y=0,1,2at%)实验合金的背散射扫描电子显微镜照片,时效热处理温度为9008h+75012h/600h/1000h。
高温合金的成分设计镍基高温合金:
IN718合金(合金元素添加结果tcp相结构)一个铸态、一个铸造和热等静压态对比MaterialinthestudywaspolycrystallinenickelbasedsuperalloyInconel718withanormalcompositionof(wt%)0.05C,19.0Cr,53.0Ni,3.0Mo,5.0(Nb+Ta),0.5Al,0.9Ti,andrestFe铸态(铸态)合金的SEM照片:
(a)枝晶间铸造孔,(b)(a)的示意图,(c)枝晶间相形貌图,和(d)Laves和针状。
HIPed(铸造和热等静压态)高温合金中MC碳化物的SEMEDS元素映射:
(a)Cr,(b)Ta,(c)Nb,(d)Mo,(e)Ti和(f)C。
高温合金的成分设计镍基高温合金:
K417合金加入钇元素Ni3.55Co0.5Cr0.2Al0.75Y不同真空度下,合金中N含量随Y元素含量的变化Y的加入显着降低了K417高温合金中的O含量;在粗真空条件下,随着Y的加入,N的浓度和氮化物夹杂物的量减少。
在高真空中,N的浓度随着Y的增加,呈现出相当温和的增长趋势;Y的脱氧效果促进了脱氮过程;高温合金的成分设计在不同真空度下添加各种Y的样品的微观结构。
(a)Y00,100Pa;(b)Y01,100Pa;(c)Y05,100Pa;(d)Y00,1Pa;(e)Y01,1Pa;(f)Y05,1Pa;(g)Y00,0.035Pa;(h)Y01,0.035Pa;(i)Y05,0.035Pa。
Y00、Y01、Y05在不同真空度环境出现四种不含Y元素的相,为相(fcc)、相、碳化物和共晶相。
当在合金中加入0.1%和0.5%Y(Y01和Y05)时,出现了一个新的几微米大小的白色对比相,分布在共晶相附近,形态呈光滑的块状或条状。
高温合金的成分设计镍基高温合金:
铼元素在镍基高温合金中的界面位错网络中的分布Nominalcomposition(inwt.%)ofthesecond-generationsinglecrystallinesuperalloyis6.0Al,6.9Cr,8.9Co,1.4Mo,6.7Ta,5.5W,2.9Re,andbal.Ni.Ni基单晶高温合金的初始微观结构。
(a,b)时效处理前后样品的典型微观结构。
(c)由EDS获得的(a)中由虚线矩形表示的区域的元素分布图。
(d)由虚线矩形描绘的(b)中的界面位错网络的放大图像(左)和3D位错断层摄影(补充电影1)的相应屏幕截图(右),其显示错位网络正好“粘贴”在相界。
查看方向是001。
在样品A-F中约50个界面位错核的Re浓度特性。
界面位错核心的平均Re含量显示在图像的右上角。
y轴是观察到的核心频率,Re浓度范围为2xwt至2x+2wt(x=5,6,7.21)。
例如,如果定量分析50个位错核,则存在10个位错核,其中Re浓度为约12-14wt,然后观察到的频率为20。
高温合金的成分设计数代镍基高温合金发展历程高温合金的成分设计镍基单晶高温合金成分发展的特征晶界强化元素C、B、Zr、Hf等从完全去除转为限量使用;难熔元素的总含量不断增加;Cr的含量减少;(该元素增加TCP相形成的倾向性);镍基单晶高温合金成分发展的要点相形成元素如Al和Ta的含量比例应提高,使其体积分数达到70%;合金成分的选择应保证较小/错配度,以获得最小的界面能防止的粗化;一些元素,特别是铼、钨、钽、钼和钌,对提高蠕变强度非常重要,但其含量不能太高,因为它们会促进TCP相的析出;高温合金的成分设计铁基高温合金:
钇元素的加入GH1131ThecokingkineticsofspecimenswithandwithoutYadditionat1173Kfor20h.高温合金的成分设计SurfaceSEMimagesof(a,b)barespecimen;(c,d)specimenwithYadditionaftercokingexperimentat1173Kfor6h.(b,d)arehighmagnificationof(a,c),respectivelySurfaceelementalmapof(a)barespecimenand(b)specimenwithYadditionaftercokingexperimentat1173Kfor6h.高温合金的成分设计SurfaceSEMimagesof(a)barespecimenand(b)specimenwithYadditionaftercokingexperimentat1173Kfor16h.XRDanalysisonthesurfaceof(a)barespecimenand(b)specimenmodifiedwithYaftercokingexperimentat1173Kfor20h.高温合金的成分设计随着材料加工水平的提高,从最初的变形合金、传统铸造合金,发展到目前广泛应用的定向凝固合金及单晶等材料,最高承温能力也从最初的800提高到1100。
而叶片冷却技术及表面涂层技术的发展使高温材料的最高承温能力进一步提高到1200,这已是Ni基高温合金的应用极限温度,但为了追求更高的发动机热效率,迫切需要研发最高承温能力在1200以上的超高温材料。
当今,许多发达国家已经开始了对具有更高应用温度的新型高温金属结构材料的研究。
金属Nb的熔点为2469,密度为8.56g/cm3,其在常温下具有良好的韧性,且对一系列强化元素具有很强的溶解能力;Si的熔点为1410,密度为2.33g/cm3,能形成抗氧化性能良好的SiO2膜。
Nb-Si基超高温合金具有熔点高、密度低、高温强度优良等特性,使用温度可达12501400,比第4代Ni基高温合金高200左右,是高温结构材料研究领域的热点之一。
超高温合金高温合金的成分设计铌硅基超高温合金铌硅二元相图对Nb-Si基超高温合金进行多元合金化之后,合金的相组成和组织形貌不可避免的会发生变化,从而引起合金力学性能及抗氧化性能的变化。
根据合金的使用条件来选择适当的合金化元素,制定相应的合金化成分,得到合适的组成相和组织形貌非常重要。
目前,在Nb-Si基超高温合金中添加的合金化元素有Ti、Al、Cr、Hf、Zr、Mo、Fe、Sn、B、Ge以及Y和Dy等稀土元素。
铌硅基超高温合金合金化的成分设计是基于铌硅二元相图的基础上的高温合金的成分设计Ti元素可以提高Nb-Si基超高温合金室
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高温 合金 成分 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)