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镍基高温合金的研究现状与发展前景

唐中杰;郭铁明;付迎;惠枝;韩昌松

【期刊名称】《金属世界》

【年(卷),期】2014(000)001

【总页数】5页(P36-40)

【作者】唐中杰;郭铁明;付迎;惠枝;韩昌松

【作者单位】兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃

兰州730050;兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃

兰州730050;兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室,甘肃兰州

730050;兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州

730050;兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州

730050;兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州

730050

【正文语种】中文

内容导读

航空发动机的工作叶片、涡轮盘、燃烧室等关键的高温部件都会使用镍基高温合金。

它不但有良好的高温抗氧化和抗腐蚀能力，而且有较高的高温强度、蠕变强度和持

久强度，以及良好的抗疲劳性能。文章综述了镍基高温合金的研究进展，主要介绍

了合金体系、强化方式、主要制备工艺、应用领域，以及合金中的夹杂物及净化的

情况，并介绍了镍基高温合金的发展趋势做了展望前景。镍基高温合金应向低制作

成本、高强度、抗热腐蚀性、小密度的方向发展：保持组织稳定性，提高材料高温

强度；发展耐热腐蚀性能优越的单晶合金；开发密度尽量小的单晶高温合金；降低

成本，减少昂贵的金属元素添加量。

镍基高温合金一般在600℃以上承受一定应力的条件下工作，它不但有良好的高

温抗氧化和抗腐蚀能力，而且有较高的高温强度、蠕变强度和持久强度，以及良好

的抗疲劳性能。主要用于航天航空领域高温条件下工作的结构部件，如航空发动机

的工作叶片、涡轮盘、燃烧室等。但是制备镍基合金的过程中会混入夹杂物，严重

影响材料的疲劳性能，使结构材料部件的寿命得不到保证，限制了合金的更广泛应

用。本文介绍了国内外关于镍基高温合金的研究进展情况，以及合金体系、强化方

式、制备方法以及应用领域，同时对合金中的夹杂物及净化的进展情况也做了介绍。

镍基高温合金按制造工艺，可分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合

金。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。镍与其他合金元素可组成不同的体系，其性能也各异，如Ni-Cr系、

Ni-Fe-Cr系、Ni-Cr-Mo系等。

镍基变形高温合金

镍基变形高温合金以拼音字母“GH”加序号表示，如GH4169、GH141等。它

可采用常规的锻、轧和挤压等冷、热变形手段加工成材。按强化方式可分为固溶强

化镍基变形高温合金，弱时效强化镍基变形高温合金和强时效强化镍基变形高温合

金3类。

镍基合金含有十多种元素，添加合金元素对高温合金的性能起关键的作用。其中铬

在镍基变形高温合金中的主要作用为增加抗氧化及耐蚀能力。固溶强化镍基变形高

温合金中加入较多的钨、钼、钴、钒等元素。时效强化镍基变形高温合金可添加一

定量的铝、钛、铌等时效强化元素，也可加入硼、铈、镁等晶界强化元素，但对合

金元素的量都要有定量的控制。近年的基础研究表明[1]：P、Nb含量的适当提高

可显著改善GH4169合金的持久蠕变性能，而批量生产的GH4169合金盘锻件的

P、Nb含量都较低，P含量约0.003%～0.004%,Nb含量约5.20%，不利于持久

蠕变性能的改善。另外，合金元素C、S对合金的持久性能和疲劳性能也有影响，

应尽量降低合金中S的含量，C的含量也需控制在一个较低水平。

镍基变形高温合金的组织是以面心立方结构的奥氏体(γ相)为基体，主要的强化相

是γ′(面心立方的Ni3(Al，Ti))相，含量达20%～55%。另一类强化相是γ″(体心

四方结构且与基体保持共格的Ni3Nb)相，在700℃以下对强化起主要作用，明显

提高屈服强度，是涡轮盘材料中的强化相。

变形高温合金塑性较低，变形抗力大，特别是含γ′相很高的强时效强化镍基变形

高温合金，使用普通的热加工手段变形有一定困难，因而需采取钢锭直接轧制、钢

锭包套直接轧制和包套镦饼等新工艺来加工，也采用加镁微合金化和弯曲晶界热处

理工艺来提高塑性。

镍基铸造高温合金

铸造高温合金以镍为主要成分，以“K”加序号表示，如K1、K2等。

随着使用温