粉末高温合金材料的研究开题报告-北科大.doc

目　　录 1 文献综述 1 1.1 粉末高温合金的概况 1 1.1.1 镍基高温合金的特点 1 1.1.2 粉末高温合金的特点 2 1.1.3 粉末制备方法的比较 3 1.1.4 成形工艺的比较 4 1.1.5 热处理工艺 4 1.1.6 研究发展前景 6 1.2 粉末高温合金组织缺陷的来源及分析 8 1.2.1 原始颗粒边界的来源及分析 8 1.2.2 夹杂物的来源及分析 11 1.2.3 热诱导孔洞的来源及分析 18 1.3 粉末高温合金的组织缺陷的控制 20 1.3.1 原始颗粒边界的控制 20 1.3.2 夹杂物的控制 21 1.3.3 热诱导孔洞的控制 24 2 选题报告 26 2.1 课题来源与选题意义 26 2.2 课题研究主要内容及具体方案 27 2.3 课题研究时间安排 28 参 考 文 献 29 文献综述 粉末高温合金的概况 粉末高温合金（Powder Metallurgy Superalloy ），总的来说是用粉末冶金工艺制成的高温合金 镍基高温合金的特点 从三代典型粉末高温合金的成分中，如表可以看出，基本上粉末高温合金的Ni质量分数ω(Ni)≥50% 。 表1 三代典型粉末高温合金的成分（质量分数 %） 例如第一代的René95合金、MERL76 合金，IN100合金等第二代的René88DT合金、AF115合金、N18合金等，以及第三代的René104 (ME3)、Alloy10合金、RR1000合金等典型的粉末高温合金，都是以Ni元素作为基体的。 一般情况下，高温合金的基体元素有三种，分别是铁、钴、镍元素。它们的合金强化的特点不同，基本特性也有差异。以镍作为一种最佳的基体元素，才使得镍基高温合金成为最佳的高温合金系列，那么它的突出特点[]是： （1）镍基面心立方结构，没有同素异构转变，而铁、钴室温下分别为体心立方和密排六方结构，高温下为面心立方奥氏体结构。而目前几乎全部高温合金的基体都是具有面心立方结构的奥氏体，因为奥氏体比体心立方的铁素体有更高的高温强度。 （2）镍具有较高的化学稳定性，在500℃以下几乎不氧化，常温下不易受潮气、水及某些盐类水溶液的侵蚀。钴和铁的抗氧化性能都比镍差，但钴的抗热腐蚀能力比镍强。 （3）镍、铁、钴的合金能力不同，镍具有最好的相稳定性，铁最差。镍和镍铬基体可以固溶更多的合金元素而不生成有害的相，而铁或铁铬镍基体却只能固溶较少的合金元素，有强烈的析出各种有害相的倾向。这一特性为改善镍的各种性能提供了潜在的可能性，而铁和钴则受到一定限制。 （4）镍钴铁的某些物理性能略有差异，铁的密度最小，但膨胀系数最大，导热能力较好。镍与钴比较，其导热性较好，膨胀系数较低，所以其热疲劳性能较优。 粉末高温合金可以得到几乎无偏析、组织均匀、热加工性良好的高温合金材料，使材料的屈服强度和抗疲劳性能大大提高。粉末高温合金有以下优点[]： （1）粉末颗粒细小，其凝固速度较快，消除了合金元素的偏析，改善了合金的热加工性； （2）合金的组织均匀，性能稳定。使材料的使用可靠性大大提高； （3）粉末高温合金具有细小的晶粒组织，显著提高了中低温强度和抗疲劳性能； （4）粉末高温合金可以进行超塑性加工，提高了材料的利用率，节约原材料。 由于粉末高温合金的一系列优点，所以近几十年粉末高温合金得到极大的发展，成为粉末高温合金的发展动力；也因为其粉末冶金的优良工艺，使得粉末高温合金发展起来并在航空航天中得到很大比例的应用。粉末高温合金克服了在铸造高温合金中材料的浪费和疏松、浇不足等的缺陷，也避免了在变形高温合金中能源消耗大，严重偏析等的不足；当然，粉末高温合金自身也存在一定的缺陷；比如原始颗粒边界PPB)、夹杂物、热诱导孔洞。当然可以在粉末制备、成型工艺以及其他条件的调整下，可以避免甚至几乎消除这些缺陷。 一般来说，高温合金的制粉工艺有惰性气体雾化法AA 法，等离子旋转电极法PREP 法和溶氢雾化法（SHA 法）等三种[3]，见下表2，为三种工艺特性的比较。 表2 三种粉末制备工艺性能的比较[4] 目前俄罗斯的镍基高温合金粉末制备主要采用PREP 制粉工艺。我国也是在先采用AA 制粉工艺的情况下，转而把PREP 制粉做为高温合金粉末生产的主要方法。美国等国家主要采用AA 制粉工艺生产高温合金粉末。 旋转电极法指将原料合金作为旋转自耗电极，用固定的钨电极产生的电弧或用等离子电弧连续熔化电极，旋转电极端部熔化的金属液滴在离心力作用下飞出，形成细小的球状颗粒，颗粒大小是由电功率参数，电极直径，电极转速等参数决定的。一般电极直径为50～75mm，由于没有坩埚耐火材料的污染，因而粉末的气体含量保持原来合金的水平。与AA 法相比，粉末粒度好圆整，无空心粉和串状粉，但粒度分布比较窄，细颗粒组分低，同时PREP 法设备也比