鎳基合金是高溫合金中應(yīng)用范圍最為廣泛的一種合金，特別是在航空航天領(lǐng)域和國防領(lǐng)域，例如航空發(fā)動機、導(dǎo)彈等尖端設(shè)備的研制，占有重要地位。由于鎳基合金中可以溶解多種合金元素，且能保持較好的組織穩(wěn)定性，這為其性能的改善提供了許多途徑。科技的發(fā)展對鎳基高溫合金提出了更高的要求，為滿足市場需求，必須對鎳基高溫合金加快研究，提高其綜合性能。合金化優(yōu)化設(shè)計就是這個研發(fā)工作中一個重點。
一、固溶強化
對鎳基高溫合金性能強化的主要手段是添加適量的固溶強化元素。固溶強化型合金有著優(yōu)良的抗氧化和抗疲勞性能，同時還有較好的可塑性；其最突出的優(yōu)點是組織穩(wěn)定性?；谶@些特性，鎳基高溫合金可用于生產(chǎn)工作溫度較高的金屬零部件，如發(fā)動機的扇葉。鎳的原子半徑和鎢、鉬等合金元素的原子半徑接近，基于這些特性，可使鎳同時溶解大量的鎢、鉬和鈷等合金元素，卻不會出現(xiàn)新的相。研究表明，常見金屬的固溶溫度范圍一般在1050～1560℃之間。美國研制出一種性能優(yōu)良的固溶強化型合金——鎳基變形高溫合金Haynes280，這種合金在1400℃的高溫時，強度可達165MPa、延伸率可達87%。其主要是因為在合金中加入了難熔金屬元素，例如鎢和鉻等元素；同時在研制過程中添加少量的碳元素以形成碳化物，達到阻礙晶粒長大和強化晶界的作用。
研究還表明，通過加入大量的鉬等難熔金屬元素，可以提高合金的強度；通過加入釕元素可以提高合金的組織穩(wěn)定性；通過加入一定數(shù)量的鎢等難熔金屬，可以在一定情況下提高合金的抗腐蝕性能；通過添加一定量的稀土可以極大地改善抗氧化腐蝕的性能。
二、沉淀強化和彌散強化
對鎳基高溫合金添加一定量的沉淀強化元素可以使合金在時效時析出γ'-Ni3(Al,Ti))相，大大提高金屬的強度。但是在高溫工作條件下，析出相容易聚集長大，有的還會重新固溶于基體中，從而降低高溫強度。近年來氧化物彌散強化的鎳基高溫合金得到重視。這類合金通常采用機械合金化工藝，獲得超細的(小于50nm)在高溫下穩(wěn)定的氧化物均勻分散于合金基體中的顯微組織。其合金強度在接近合金本身熔點的條件下仍可維持，具有優(yōu)良的高溫蠕變性能、優(yōu)越的高溫抗氧化性能及抗碳、硫腐蝕性能。目前已實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的主要有三種氧化物彌散強化的鎳基高溫合金：MA956合金在氧化氣氛下使用溫度可達1350℃，居高溫合金抗氧化、抗碳、硫腐蝕之首位，可用于航空發(fā)動機燃燒室內(nèi)襯。MA754合金在氧化氣氛下使用溫度可達1250℃并保持相當(dāng)高的高溫強度、耐中堿玻璃腐蝕，現(xiàn)已用于制作航空發(fā)動機導(dǎo)向器蓖齒環(huán)和導(dǎo)向葉片。MA6000合金在1100℃拉伸強度為222MPa，屈服強度為192MPa；1100℃/1000小時持久強度為127MPa，居高溫合金之首位，可用于航空發(fā)動機葉片。
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