高温合金とはどのような材質ですか? 高温合金材料には主に何が含まれますか?
高温合金は、高温、厳しい機械的ストレス、酸化および腐食環境で使用される合金の一種です。 科学技術の発展に伴い、高温合金は徐々に 6 つの比較的完全な部品を形成してきました。
1. 変形した高温合金
変形高温合金とは、熱間および冷間変形によって加工できるタイプの合金を指し、動作温度範囲は -253 ~ 1320 度で、良好な機械的特性、総合的な強度および靭性指標を備え、高い特性を備えています。抗酸化性と耐腐食性。 熱処理方法により固溶強化合金と時効強化合金に分けられます。
1. 固溶強化合金
動作温度範囲は900～1300度、最高抗酸化温度は1320度に達します。 たとえば、GH128 合金の引張強さは室温で 850MPa、降伏強さは 350MPa です。 引張強さは140MPa、伸び率は1000度で85%。 耐久寿命は 200 時間、1000 度、応力 30MPa での伸びは 40% です。 固溶体合金は一般に、航空および航空宇宙エンジンの燃焼室、ケーシング、その他の部品の製造に使用されます。
2. 時効強化合金
動作温度は -253 ～ 950 度で、一般に航空および航空宇宙エンジンのタービン ディスクやブレードなどの構造部品の製造に使用されます。 タービンディスクの製造に使用される合金の使用温度は -253 ～ 700 度であり、良好な高温および低温強度と疲労耐性が要求されます。 例: GH4169 合金の最大降伏強度は 650 度で 1000MPa です。 刃を作る合金の温度は950度に達することもあります。 例: GH220 合金の引張強度は 950 度で 490 MPa、耐久寿命は 940 度、200 MPa で 40 時間以上です。
変形超合金は主に、航空宇宙、航空、原子力、石油民間産業向けの構造用鍛造品、ケーキ、リング、バー、プレート、パイプ、ストリップ、ワイヤーを提供します。
2. 高温合金の鋳造
鋳造高温合金とは、鋳造法によってのみ形成できる、または鋳造法によってのみ形成できる一種の高温合金を指します。 その主な機能は次のとおりです。
1. 構成範囲が広い。 変形加工性能を考慮する必要がないため、合金の性能を最適化することに重点を置いて合金を設計できます。 たとえば、ニッケル基高温合金の場合、合金の含有量が 60% 以上になるように組成を調整することで、合金の融点の 85% までの温度でも優れた特性を維持できます。 。
2. 応用分野が広い。 鋳造法の特別な利点により、ほぼ正味の形状またはマージンのない高温合金鋳物を、部品の使用ニーズに応じて複雑な構造および形状で設計および製造できます。
鋳造合金の使用温度に応じて、次の 3 つのカテゴリに分類できます。
カテゴリ 1: -253 ～ 650 度で使用される等軸結晶鋳造高温合金。 このタイプの合金は、広範囲の温度、特に低温において優れた包括的な特性を備えており、強度と可塑性の両方が劣化することなく維持されます。 たとえば、航空および航空宇宙エンジンに大量に使用されている K4169 合金は、650 度での引張強さが 1000 MPa、降伏強さが 850 MPa、引張可塑性が 15% です。 650度で620MPaの応力下での耐久寿命は200時間です。 航空宇宙エンジンのディフューザー ケーシングや、航空宇宙エンジンのさまざまなポンプの複雑な構造部品の製造に使用されています。
カテゴリ 2: 650 ～ 950 度で使用される等軸結晶鋳造高温合金。 このタイプの合金は、高い機械的特性と高温での高温腐食耐性を備えています。 たとえば、K419 合金は 700MPa を超える引張強度と、950 度で 6% を超える引張可塑性を持っています。 950 度で、200 時間の極限強度限界は 230MPa を超えます。 このタイプの合金は、航空機エンジンのタービンブレード、ガイドベーン、および一体鋳造タービンとしての使用に適しています。
カテゴリ III: 950-1100 度で使用される方向性凝固柱状結晶および単結晶高温合金。 このタイプの合金は、この温度範囲で優れた総合特性と耐酸化性および耐高温腐食性を備えています。 例えば、DD402 単結晶合金は、1100 度、130MPa の応力下で 100 時間以上の耐久寿命を持っています。 これは中国で使用されている最もホットなタービンブレード材料であり、新しい高性能エンジンの初段タービンブレードの製造に適しています。
精密鋳造技術の継続的な向上に伴い、新しい特殊プロセスも常に登場しています。 微細粒子鋳造技術、方向性凝固技術、および複雑な薄肉構造部品用の CA 技術により、高温合金の鋳造レベルが大幅に向上し、その適用範囲は拡大し続けています。
3. 粉末冶金高温合金
高温合金粉末製品は、アトマイズ高温合金粉末を使用し、熱間静水圧プレスまたは熱間静水圧プレスを行った後、鍛造することにより製造されます。 粉末冶金プロセスを使用すると、粉末粒子が小さく、冷却速度が速いため、組成が均一でマクロ偏析がなく、粒子が小さく、熱間加工性能が良好で、金属利用率が高く、コストが低いです、特に合金の降伏強度と疲労特性が向上します。 大きな改善。
FGH95 粉末冶金超合金は、650 度で 1500MPa の引張強度と、1034MPa の応力下で 50 時間以上の耐久寿命を備えています。 これは現在、650 度の作業条件下で最高強度の板状粉末冶金超合金です。 粉末冶金高温合金は、より高い応力レベルのエンジンの要件を満たすことができ、推力重量比が高いエンジンのタービン ディスク、コンプレッサー ディスク、タービン バッフルなどの高温部品に最適な材料です。
4. 酸化物分散強化（ODS）合金
これは、独自のメカニカルアロイング (MA) プロセスを使用して形成された特殊な高温合金です。 超微細（50nm未満）の酸化物分散強化相と、高温で超安定な酸化物分散強化相が合金マトリックス中に均一に分散されています。 その合金強度は、合金自体の融点に近い条件下でも維持でき、優れた高温クリープ特性、優れた高温酸化耐性、炭素および硫黄腐食耐性を備えています。
現在、商業的に生産されている ODS 合金は主に 3 種類あります。
MA956 合金は、酸化雰囲気下で 1350 度までの温度で使用でき、酸化、炭素、硫黄の腐食に対する耐性の点で高温合金の中でトップにランクされます。 航空機エンジンの燃焼室のライニングに使用できます。
MA754 合金は、酸化雰囲気中で 1250 度までの温度で使用でき、非常に高い高温強度と中アルカリガラスの腐食に対する耐性を維持します。 現在では、航空エンジンのガイド ギア リングやガイド ブレードの製造に使用されています。
MA6000 合金の引張強さは 222MPa、1100 度での降伏強さは 192MPa です。 1100 度での 1000- 時間耐久強度は 127MPa で、高温合金の中で第一位にランクされ、航空宇宙エンジンのブレードに使用できます。
5. 金属間化合物高温材料
金属間化合物高温材料は、最近研究開発されている重要な応用の可能性を備えた光特異的高温材料の一種です。 10年以上にわたり、金属間化合物、合金設計、プロセス開発および応用研究、特にTi-Al、Ni-AlおよびFe-Al系材料の調製および加工技術、強化および強化に関する基礎研究が成熟してきました。 、機械的特性と応用研究は顕著な成果を上げました。
Ti3Al 基合金 (TAC-1)、TiAl 基合金 (TAC-2) および Ti2AlNb 基合金は、低密度 (3.8~5.8g/cm3)、高温、高強度、高鋼性を備えています。耐酸化性、耐クリープ性に優れています。 利点: 構造部品の重量を 35 ～ 50% 削減できます。 Ni3Al 基合金 MX-246 は、優れた耐食性、耐摩耗性、耐キャビテーション性を備えており、優れた用途の可能性を示しています。 Fe3Al 基合金は、耐酸化性、耐食性に優れ、中温 (600 度未満) での強度が高く、低コストです。 ステンレスの一部を代替する新素材です。
