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高温材料

[拼音]:gaowen cailiao

[外文]:high-temperature material

在 550°C以上温度条件下能承受一定应力并具有抗氧化和抗热腐蚀能力的材料,适用于制造航空发动机和火箭发动机的重要承力结构件。高温材料包括高温合金、弥散强化合金、难熔合金、金属纤维增强高温复合材料和陶瓷材料等。

高温合金

又称超合金,使用温度范围为550~1100°C。英国于40年代最早研制成镍基合金尼蒙尼克75,用作燃气涡轮发动机的涡轮叶片材料。1945~1975年,高温合金有了很大发展,涡轮进口温度平均每年提高15°C(涡轮前温度每提高100°C,能使发动机推力增加15%)。随着合金化程度的提高,高温合金的锻压变形愈加困难,因此铸造合金逐渐得到发展和应用。镍基铸造合金的高温强度高,组织比较稳定,热疲劳性能好,是制造涡轮工作叶片和导向叶片的理想材料。从60年代初发展定向凝固铸造涡轮叶片以来,由于消除了垂直于应力方向的横向晶界,叶片的热疲劳寿命提高大约8倍,蠕变断裂寿命提高2倍多,塑性提高4倍。 定向凝固单晶涡轮叶片则完全消除了晶界,与普通铸造涡轮叶片相比,工作温度提高近100°C。

弥散强化合金

在金属和合金粉末中添加少量的难熔氧化物(如氧化钇等),通过高能磨球作用使其机械合金化,以获得含有弥散细小氧化物质点的高温合金粉末,再经压制、烧结、挤压或轧制成棒材或板材,经焊接、热处理、机械加工即可制成燃烧室或涡轮叶片。与普通高温合金相比,弥散强化合金在 850以下时主要靠金属间化合物如镍3(铝、钛)起强化作用,具有高温合金的特性;而在850°C以上时,弥散细小的氧化物十分稳定,因弥散强化作用在1200°C以下的拉伸强度变化不大,并具有较高的持久强度和疲劳强度以及抗氧化和抗热腐蚀的能力,可用于制造在1100°C下使用的涡轮叶片和在1200°C下使用的导向叶片。

难熔合金

以难熔金属钨、钼、钽、铌为基体,添加固溶强化元素形成以碳化物沉淀相和热加工方式强化的高温材料。它的熔点和高温强度大大超过高温合金和弥散强化合金,钨-钼和铌-钨-钽合金在1316°C时的拉伸强度分别达到 510和 210兆帕(约51和21公斤/毫米2)。钼合金在1093°C时的拉伸强度也能达到 490兆帕(约49公斤/毫米2),都是制造航空燃气涡轮发动机涡轮叶片、导向叶片和燃烧室的优良材料。缺点是受高温空气侵蚀时极易脆化,须在涂层的保护下使用。铌合金已被用于制造短时间工作的火箭发动机燃烧室和喷管,也有用钽制造这类高温部件的。用钨合金丝或钨纤维增强高温合金制成高温复合材料,可以弥补难熔合金的缺点,用作先进燃气涡轮发动机的涡轮叶片。

陶瓷材料

用碳化硅、氮化硅、氧化铝和氧化锆等制作的陶瓷材料,可用于制造高温燃气涡轮叶片。它能承受的温度超过1370°C,高温强度高,在1204°C时的拉伸强度已达到700兆帕(约70公斤/毫米2),比重只有高温合金的 1/2左右。它具有优异的抗氧化和抗热冲击性能,主要缺点是冲击强度低,抗燃气热冲刷性能差,内应力不易消除,产生裂纹后容易断裂。如用金属纤维增强陶瓷制成复合材料,即可有效地克服陶瓷材料的脆性,满足燃气涡轮零件的要求。

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文章名称:《高温材料》
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