《航空工程材料（活頁式）》 課件 12高溫合金

第10講高溫合金2目錄Content1高溫合金的概述2高溫合金的特點(diǎn)及分類3高溫合金的性能要求4高溫合金的應(yīng)用5高溫合金的發(fā)展一高溫合金的概述

高溫合金是指能在600~1200℃高溫下仍能保持按設(shè)計(jì)要求正常工作的金屬材料。隨著人類飛向太空，核動(dòng)力、光子火箭的發(fā)展，對(duì)高溫的要求進(jìn)一步提高，將超出金屬高溫合金的極限，需要發(fā)展其他類型的高溫材料。

高溫合金的發(fā)展過程一高溫合金的概述國(guó)外高溫合金發(fā)展?fàn)顩r1929年：英美Meriea、Bedford和Pilling將少量的Ti和Al加入到80Ni-20Cr電工合金，蠕變顯著強(qiáng)化。1937年：德Hansvonohain渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)Heinkel問世。1939年：英研制出Whittle渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。1939年：英Mond鎳公司(國(guó)際鎳公司)研制出鎳基合金Nimonic75，準(zhǔn)備用作Whittle發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片，后為Nimonic80取代，其含鋁、鈦，蠕變性能比Nimonic75高50℃。1942年：Nimonic80用作渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片，成為最早的Ni3(A1，Ti)強(qiáng)化的渦輪葉片材料。此后，該公司在合金中加入硼、鋯、鈷、鉬等合金元素，相繼開發(fā)了Nimonic80A、Nimonic90等合金，形成Nimonic合金系列。一高溫合金的概述1932年：美國(guó)Halliwell開發(fā)了含鋁、鈦的彌散強(qiáng)化型鎳基合金K42B，用以制造活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓渦輪。1941年：美國(guó)開始發(fā)展航空燃?xì)鉁u輪。1942年：HastelloyB鎳基合金用于GE公司的Bellp-59噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)及其后的I-40噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。1944年：西屋公司的YanKee19A發(fā)動(dòng)機(jī)采用鈷基合金HS23精密鑄造葉片。1950年美國(guó)出兵朝鮮，由于鈷的資源短缺，鎳基合金得到發(fā)展并被廣泛用作渦輪葉片。美國(guó)的PW公司、GE公司和特殊金屬公司分別開發(fā)出了Waspalloy、M-252和Udmit500等合金。并在這些合金發(fā)展基礎(chǔ)上，形成了Inconel、Mar-M和Udmit等牌號(hào)系列。一高溫合金的概述

制造工藝對(duì)高溫合金的發(fā)展起著極大的推進(jìn)作用。二十世紀(jì)40年代～50年代中期：通過合金成分的調(diào)整來提高合金的性能。二十世紀(jì)40年代：出現(xiàn)了真空熔煉技術(shù)，去除合金中有害雜質(zhì)和氣體，精確控制合金成分，如Mar-M200、In100和B1900等高性能的鑄造高溫合金。二十世紀(jì)60年代：定向凝固、單晶合金、粉末冶金、機(jī)械合金化、陶瓷過濾、等溫鍛造等新型工藝的研究開發(fā)。其中定向凝固工藝所起的作用尤為重要，采用定向凝固工藝制出的單晶合金，其使用溫度接近合金熔點(diǎn)的90％，至今，各國(guó)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)無不采用單晶高溫合金渦輪葉片。一高溫合金的概述我國(guó)高溫合金發(fā)展歷程1956年：正式開始研制生產(chǎn)高溫合金，第一種高溫合金是GH3030，用作WP－5火焰筒（殲-5），由撫順鋼廠、鞍山鋼鐵公司、冶金部鋼鐵研究總院、航空材料研究所和410廠共同試制1957年：通過長(zhǎng)期試車后投入生產(chǎn)。1957年底，繼GH3030合金之后，WP－5發(fā)動(dòng)機(jī)用的GH4033(DH437B)、K412合金相繼試制成功。1960年代初：先后研制成功GH4037、GH3039、GH3044、GH4049、GH3128、K417等高溫合金一高溫合金的概述70年代初：高溫合金的生產(chǎn)試制和研究已初具規(guī)模，通過仿制、消化和發(fā)展蘇聯(lián)高溫合金為主體的合金及其工藝，質(zhì)量達(dá)到或超過蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)物水平。我國(guó)資源缺鎳少鈷，鐵基高溫合金的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用成為六七十年代的主線。至70年代初，研制生產(chǎn)的鐵基高溫合金牌號(hào)達(dá)33個(gè)，其中我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的達(dá)18種之多。大量應(yīng)用至今的有GHll40、GH2135、GH35A和K213等4種合金。70年代后：引進(jìn)歐美發(fā)動(dòng)機(jī)WS-8、WS-9、WZ-6、WZ-8，并研制生產(chǎn)WP－13等發(fā)動(dòng)機(jī)，引進(jìn)和試制了一批歐美體系的高溫合金，使我國(guó)高溫合金生產(chǎn)水平接近西方工業(yè)國(guó)家的水平。自行研究和開發(fā)了一批新的鎳基合金，如GH4133、GH4133B、GH3128、GHl70、K405、K423A、K419等。一高溫合金的概述多年來研究、試制和生產(chǎn)了100多種高溫合金，總計(jì)產(chǎn)量達(dá)6萬t左右。生產(chǎn)高溫合金的裝備：大型真空感應(yīng)爐、不同容量的電渣爐、1～7t大型真空電弧爐、200kg真空電子束爐以及大型快鍛、精鍛機(jī)、擠壓機(jī)、水壓機(jī)等設(shè)備。國(guó)際公認(rèn)的工藝技術(shù)：低偏析新技術(shù)和加鎂微合金化技術(shù)。通過低偏析技術(shù)，控制雜質(zhì)元素磷、硫、硅等的低含量，創(chuàng)制了一系列低偏析合金，其承溫能力比原型合金高20℃～25℃。在國(guó)外加Mg凈化材質(zhì)和改善熱加工性能基礎(chǔ)上，我國(guó)七八十年代進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Mg的偏聚晶界、改變晶界行為可顯著提高合金的持久強(qiáng)度和塑性等性能。

1964年開始，高溫合金應(yīng)用于民用工業(yè)部門，如柴油機(jī)增壓渦輪、地面燃?xì)廨啓C(jī)、煙氣輪機(jī)、核反應(yīng)堆燃料空位格架等。在民用工業(yè)的推廣應(yīng)用中，除傳統(tǒng)的高溫高強(qiáng)度的高溫合金外，還相繼開發(fā)出一批高溫耐磨和高溫耐蝕的高溫合金。高溫合金的用途航天航空兵器艦船核……能源冶金石化機(jī)械建材生物工程等等一高溫合金的概述二高溫合金的特點(diǎn)及分類耐高溫金屬材料耐熱鋼低合金耐熱鋼鐵素體系耐熱鋼奧氏體系耐熱鋼500℃↓700℃高溫合金鐵基（鐵鎳基）高溫合金鈷基高溫合金鎳基高溫合金彌散強(qiáng)化合金狹義高溫合金700℃

↓1200℃定向凝固高溫合金鉬基、鉻基、鎢基高溫合金

耐熱合金和高溫合金的分類在高溫下合金能具有較高的強(qiáng)度，良好的疲勞性能、斷裂韌度，以及強(qiáng)的抗氧化和抗熱腐蝕性能，并保持良好的組織穩(wěn)定性和可靠的使用性能等綜合性能。二高溫合金的特點(diǎn)及分類高溫合金分類：按合金基體元素種類分：鐵基高溫合金：含鎳量達(dá)25％～60％，又稱為鐵鎳基合金鎳基高溫合金鈷基高溫合金按合金強(qiáng)化類型分：固溶強(qiáng)化型合金時(shí)效沉淀強(qiáng)化型合金按合金材料成形方式分：變形高溫合金：餅、棒、板、環(huán)形件、管、帶和絲鑄造高溫合金：普通精密鑄造、定向凝固和單晶合金粉末冶金高溫合金：普通和氧化物彌散強(qiáng)化合金按使用特性：高強(qiáng)度合金、高屈服強(qiáng)度合金、抗松弛合金、低膨脹合金、抗熱腐蝕合金等。二高溫合金的特點(diǎn)及分類我國(guó)高溫合金：漢語拼音字母＋成形方式＋強(qiáng)化類型與基體組元變形高溫合金：“GH＋4位阿拉伯?dāng)?shù)字”“G”、“H”分別為“高”、“合”漢語拼音的第一個(gè)字母“GH”后的第一位數(shù)字為分類號(hào)：

l和2——鐵基或鐵鎳基高溫合金

3和4——鎳基合金；5和6——鈷基合金

1、3和5——固溶強(qiáng)化型；2、4和6——時(shí)效沉淀強(qiáng)化型“GH”后的第2、3、4位數(shù)字則表示合金的編號(hào)。

GH4169：時(shí)效沉淀強(qiáng)化型鎳基高溫合金，編號(hào)169鑄造高溫合金：“K＋

3位阿拉伯?dāng)?shù)字”?！癒”后第1位數(shù)字表示分類號(hào)，其含義與變形合金相同

2、3位數(shù)字——合金編號(hào)。

K418：時(shí)效沉淀強(qiáng)化型鎳基鑄造高溫合金，編號(hào)18合金牌號(hào)國(guó)外牌號(hào)CCrNiCoWMoAlTiFeNb其他K211BAT-45Y0.152046--8------余----K401AHB-3000.0515.5余--8.5--51.8----K406GMR-235D0.1515.5余----5.53.752.5------K409B-19000.18余10--661----Ta4－4.5K417IN-1000.189余15--35.24.8------K417GRene'1000.189余10--35.24.4------K418IN713C0.1212.5余----5.360.8--2.2--K419TRW-VIA0.116余121025.31.2--2.9--K438IN7380.1516余8.52.61.73.253.3--0.9Ta1.5-2K640X-400.525.510.5余7.5------------K644FSX-4140.2529.510.5余7.3------------二高溫合金的特點(diǎn)及分類1鐵基（鐵鎳基）高溫合金鐵基高溫合金由奧氏體不銹鋼發(fā)展而來，在18-8型不銹鋼中加入鉬、鈮、鈦等合金元素，使其在500~700℃溫度下的持久強(qiáng)度提高。優(yōu)點(diǎn)：成本低，可用于制作一些使用溫度較低的航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)鈾C(jī)上的渦輪盤、導(dǎo)向葉片，以及一些承力件、緊固件等。缺點(diǎn)：鐵基高溫合金由于沉淀硬化型的組織不穩(wěn)定，抗氧化性差，高溫強(qiáng)度不夠，僅可使用于800℃，2鎳基高溫合金以鎳為基體，wNi>50%，可在700~1000℃溫度范圍內(nèi)使用。優(yōu)點(diǎn)：鎳基高溫合金可溶解較多的元素，具有較好的組織穩(wěn)定性，高溫強(qiáng)度較高，比鐵基高溫合金有更好的抗氧化性和抗腐蝕性。二高溫合金的特點(diǎn)及分類3鈷基高溫合金wCo在40％~60％的奧氏體高溫合金，工作溫度可達(dá)730~1100℃。優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)溫度高于980℃時(shí)，其強(qiáng)度很高，抗熱疲勞、熱腐蝕和耐磨腐蝕性都很佳，適合于航空發(fā)動(dòng)機(jī)，工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)，艦船燃?xì)廨啓C(jī)的導(dǎo)向葉片和噴嘴導(dǎo)向葉片以及柴油機(jī)的噴嘴等。缺點(diǎn)：一般鈷基高溫合金含wNi=10%~22%和wCr

=20%~30%，以及鎢、鉬、鉭、鈮等固溶強(qiáng)化和碳化物形成元素，其含碳量較高，是以碳化物為主要強(qiáng)化相的高溫合金，缺少共格類的強(qiáng)化相，中溫強(qiáng)度不如鎳基高溫合金。鈷是重要的戰(zhàn)略物質(zhì)，大多數(shù)國(guó)家缺乏，因此發(fā)展受到嚴(yán)重限制。三高溫合金的性能要求高溫合金工作在600~1200℃，高溫性能要求：

⑴高溫下的力學(xué)性能；⑵高溫下的抗腐蝕性能。(1)高溫下的力學(xué)性能

①持久強(qiáng)度指合金在一定溫度、一定時(shí)間下的斷裂強(qiáng)度。要求獲得此條件下的最大強(qiáng)度，以表示。其中A，B為材料常數(shù)，為時(shí)間(h)，是應(yīng)力(MPa)。持久強(qiáng)度與溫度梯度和波動(dòng)，材料的缺口和應(yīng)力集中等因素有關(guān)。

②熱疲勞隨熱循環(huán)應(yīng)力增加，循環(huán)溫度或平均溫度的增加而下降；循環(huán)頻率增加，熱疲勞強(qiáng)度增加。應(yīng)力集中也會(huì)降低金屬熱疲勞強(qiáng)度。

③松弛零部件在長(zhǎng)期應(yīng)力作用下，其總變形不變，零部件所受的應(yīng)力隨時(shí)間的增加而自發(fā)地逐漸降低的現(xiàn)象。此為為高溫下合金內(nèi)部組織不穩(wěn)定引起。三高溫合金的性能要求④蠕變指溫度高于0.5T熔點(diǎn)下，材料承受遠(yuǎn)低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力時(shí)，隨著時(shí)間的持續(xù)增加而產(chǎn)生的緩慢塑性變形的現(xiàn)象。典型的蠕變曲線如圖所示。根據(jù)變形速率隨時(shí)間的變化，蠕變曲線可分為三個(gè)階段。三高溫合金的性能要求變形速率

ε/s-1IIIIIIABCDABCD變形量

ε

(%)εrtr時(shí)間t/h應(yīng)力、溫度為常數(shù)第I階段：蠕變的減速階段第II階段：恒定蠕變階段第III階段：蠕變的加速階段當(dāng)達(dá)到圖中D點(diǎn)時(shí)，材料斷裂三高溫合金的性能要求變形速率

ε/s-1IIIIIIABCDABCD變形量

ε

(%)εrtr時(shí)間t/h應(yīng)力、溫度為常數(shù)蠕變斷裂時(shí)間：溫度越高，承受應(yīng)力越大，蠕變斷裂時(shí)間會(huì)越短。三高溫合金的性能要求④蠕變指溫度高于0.5T熔點(diǎn)下，材料承受遠(yuǎn)低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力時(shí)，隨著時(shí)間的持續(xù)增加而產(chǎn)生的緩慢塑性變形的現(xiàn)象。典型的蠕變曲線如圖所示。根據(jù)變形速率隨時(shí)間的變化，蠕變曲線可分為三個(gè)階段。

第一階段，即蠕變的減速階段。隨時(shí)間的增加，形變量增加，變形速率降低，見右圖的AB段。

第二階段，即恒定蠕變階段。此時(shí)蠕變變形速率隨加載時(shí)間的延長(zhǎng)而保持不變，如BC段。

第三階段，蠕變的加速階段。蠕變形變速率顯著增加，當(dāng)達(dá)圖中D點(diǎn)時(shí)，材料斷裂，溫度越高，承受力越大，蠕變斷裂時(shí)間越短。三高溫合金的性能要求(2)抗腐蝕性提高抗氧化、硫化、氮化、碳化、熱腐蝕性，可采用在合金中加入其它元素，或在合金表面涂層的方法，如在合金的表面滲鋁、滲硅或鉻鋁、鉻硅共滲，陶瓷涂層等。提高位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)的阻力，減緩位錯(cuò)擴(kuò)散型運(yùn)動(dòng)過程，改善晶界結(jié)構(gòu)狀態(tài)，以增加晶界強(qiáng)化作用，或消除晶界在高溫時(shí)的薄弱環(huán)節(jié)，以提高高溫合金高溫力學(xué)性能。航空發(fā)動(dòng)機(jī)和地面燃機(jī)四高溫合金的應(yīng)用四高溫合金的應(yīng)用(1)航空發(fā)動(dòng)機(jī)四高溫合金的應(yīng)用1)燃燒室

部分壓縮空氣與燃料混合，在燃燒室燃燒，所產(chǎn)生的燃?xì)鉁囟仍?500~2000℃之間。其余的壓縮空氣在燃燒室周圍流動(dòng)，穿過室壁的槽孔使室壁保持冷卻。燃燒筒合金材料承受溫度可達(dá)800~900℃以上，局部可達(dá)1100℃。冷卻空氣與燃燒的氣體混合，使燃?xì)鉁囟冉档?370℃以下?？梢?，燃燒室壁除受高溫外，還承受由于內(nèi)外壁溫度不同引起的熱應(yīng)力作用。特別是在起飛、加速和停車時(shí)，溫度變化更為急劇。由于周期循環(huán)加熱冷卻，熱應(yīng)力可達(dá)很大值，冷卻孔更易破壞、燃燒室常出現(xiàn)變形、翹曲、邊緣熱疲勞裂紋等。四高溫合金的應(yīng)用2)導(dǎo)向葉片

導(dǎo)向葉片是調(diào)整從燃燒室出來的燃?xì)饬鲃?dòng)方向的部件。先進(jìn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片工作溫度可高達(dá)1100℃，但葉片承受的應(yīng)力比較低，一般在70MPa以下。對(duì)材料要求是：高溫強(qiáng)度好，熱疲勞抗力佳，抗氧化、耐蝕性優(yōu)異，并具有一定的抗沖擊強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性。四高溫合金的應(yīng)用3)渦輪盤

航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤工作溫度在760℃左右，輪緣部分可達(dá)此溫度，而徑向盤心溫度逐漸降低，一般在300℃左右。輪盤正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，盤子帶著葉片、高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生很大的離心力。停車、起動(dòng)反復(fù)進(jìn)行，形成周期疲勞。四高溫合金的應(yīng)用4)動(dòng)葉片四高溫合金的應(yīng)用動(dòng)葉片是渦較發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最惡劣的部件。先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)膺M(jìn)口溫度已達(dá)1380℃，推力達(dá)226kN。渦輪葉片承受氣動(dòng)力和離心力的作用，葉身部分承受拉應(yīng)力大約140MPa；葉根部分承受平均應(yīng)力為280~560MPa，相應(yīng)的葉身承受溫度為650~980℃，葉根部分約為760℃。

因此，動(dòng)葉片材料要具有足夠的高溫拉伸強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度，要有良好的疲勞強(qiáng)度及抗氧化、耐燃?xì)飧g性能和適當(dāng)?shù)乃苄?。此外，還要求長(zhǎng)期組織穩(wěn)定性、良好的抗沖擊強(qiáng)度，可鑄性及較低的密度。四高溫合金的應(yīng)用(2)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

透平泵機(jī)組的氣體發(fā)生器處于約1050℃的溫度下，由噴嘴中噴出的氣體的速度約為2500m/s。氣體靠近嘴壁處的溫度約為1350℃。對(duì)沒有特殊防護(hù)的一般金屬只能做短時(shí)忍耐。液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖1-噴嘴2-燃燒室3-混合帶4-噴射器5-主氣門6-氣體發(fā)生器7-渦輪機(jī)8-透平泵9-氧化劑10-壓縮氣11-燃料12-涂料13，14-金屬15-冷卻劑16-氣體(約2500m/s)四高溫合金的應(yīng)用燃料箱、泵傳送器所用材料，特別需要化學(xué)穩(wěn)定性。液態(tài)氟以及作為氧化劑的發(fā)煙HNO3和N?O?，具有特別強(qiáng)烈的侵蝕性，除了在1000℃以上的工作溫度下出于腐蝕而引起的問題之外，流過的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物也產(chǎn)生沖蝕性。火箭啟動(dòng)時(shí)，在1~2s內(nèi)，其加速度是5-6倍于地球的引力加速度，由于加速度增高引起的高度過載，會(huì)對(duì)材料施加非常巨大的機(jī)械負(fù)荷，盡管元件所受應(yīng)力是短時(shí)的，但由于其載荷的大小和方向急劇地發(fā)生變化，往往會(huì)引起疲勞斷裂?；鸺旧碇亓勘仨毐M可能的小，因此，金屬材料的比強(qiáng)度在火箭制造中具有特別重要的意義。彈道火箭進(jìn)入大氣層時(shí)，熱流量為10000~25000kcal/(m2?s)，它在短時(shí)間內(nèi)，引起巨大的溫度梯度，長(zhǎng)時(shí)間作用則會(huì)建立起平衡溫度。對(duì)金屬材料的耐熱性有特殊的要求。四高溫合金的應(yīng)用國(guó)外長(zhǎng)程大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)采用Inconel718合金制造高壓導(dǎo)管，國(guó)內(nèi)研制的GH169合金管的疲勞壽命約為1Cr18Ni9Ti鋼管的3倍以上，具有良好彎管和焊接等工藝性能，還可用于發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子和主鈾。

GH30金絲網(wǎng)多孔發(fā)散冷卻材料用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、制作噴注器面板，既作防熱材料又作結(jié)構(gòu)材料使用。噴注器面板上固定有許多氫氣、氧氣噴嘴，氫氣和氧氣噴進(jìn)燃燒室進(jìn)行燃燒，面板兩側(cè)的溫度差異極大，一面為超低溫-150℃，另一面為超高溫3500℃。能承受發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的瞬間產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)使面板受到的較大沖擊載荷，并成功地用于通信衛(wèi)星上。GH131鐵基高溫合金旋壓管用于大型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪燃?xì)膺M(jìn)氣導(dǎo)管，還用于900~1000℃使用的大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、隔熱板、渦輪進(jìn)氣導(dǎo)管，以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加力燃燒室、魚鱗片等。GH188A合金與國(guó)際上最高強(qiáng)化型-鈷基變形合金HS-188相當(dāng)，用于液體火箭姿態(tài)控制器發(fā)動(dòng)機(jī)頭部與身部結(jié)合處的高溫彈性密封件。四高溫合金的應(yīng)用(3)燃?xì)廨啓C(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)材料要求在較高溫度下，具有較高的持久強(qiáng)度和塑性變形等特點(diǎn)，而使用期限較短；固定式燃?xì)廨啓C(jī)材料要求在較低溫度下使用期限很長(zhǎng)。固定式燃?xì)廨啓C(jī)裝置的使用時(shí)間取決于它的用途和功率大小。大功率發(fā)電用的固定式裝置由于制造費(fèi)用大，使用時(shí)間至少考慮為100000h；商船和熱力機(jī)車上的燃?xì)廨啓C(jī)裝置使用時(shí)間考慮在100000h之內(nèi)；軍用艦艇上的燃?xì)廨啓C(jī)裝置使用時(shí)間考慮10000~50000h。燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室、導(dǎo)向葉片、工作葉片、渦輪盤和轉(zhuǎn)子的要求與航空發(fā)動(dòng)機(jī)相似。渦輪盤和氣缸法蘭盤的緊固螺栓，其工作溫度與渦輪盤及氣缸相同。燃?xì)廨啓C(jī)中的螺栓，有時(shí)必須在高達(dá)600~750℃的溫度下工作。對(duì)緊固螺栓材料的主要要求是高溫時(shí)應(yīng)具有高的屈服強(qiáng)度和抗松弛性能。為了使連接的零件可以自由膨脹和減少溫差應(yīng)力，螺栓和連接零件的材料應(yīng)具有相同的熱膨脹性能。四高溫合金的應(yīng)用537合金是在800~850℃工作溫度下長(zhǎng)期使用的鎳基鑄造耐熱腐蝕合金，可用于地面燃?xì)廨啓C(jī)和艦用燃?xì)廨啓C(jī)上渦輪葉片的制作。合金800℃的抗拉強(qiáng)度可達(dá)800MPa以上；在815℃、430MPa下的持久壽命大于100h；800℃、220MPa下的持久壽命大于20000h；抗熱腐蝕性能相當(dāng)于國(guó)外的IN-738合金，但不含價(jià)格昂貴的稀有金屬鉭，成本低。543合金具有良好的高溫組織穩(wěn)定性。在800℃、經(jīng)8000h時(shí)效后沒有發(fā)現(xiàn)有害相。543合金可用作在700~750℃環(huán)境下長(zhǎng)期使用的燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)葉片材料。GH333系鎳基高溫耐蝕合金，工作溫度可達(dá)900℃，用于制造燃?xì)廨啓C(jī)火焰筒、過渡段等燃燒部件。四高溫合金的應(yīng)用(4)汽油及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)

1)排氣閥工作溫度一般為600~800℃，最高可達(dá)850℃以上。由于氣閥的高速運(yùn)動(dòng)和頻繁的啟動(dòng)．除了可能出現(xiàn)機(jī)械疲勞外，在氣閥頭部也可能產(chǎn)生冷熱疲勞。為了避免“爆振”，常在汽油中加入乙基鉛、溴化鉛等抗爆劑，所以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥要求抗PbO腐蝕。重油中，含釩、硫、鈉等，故柴油機(jī)排氣閥要求抗V2O3,鈉和硫的腐蝕。2)燒嘴船舶、油田鉆機(jī)、機(jī)車、挖掘機(jī)等柴油機(jī)預(yù)燃燒室燒嘴，在800~900℃長(zhǎng)時(shí)間使用，要求組織性能穩(wěn)定，抗熱循環(huán)疲勞性能良好，膨脹系數(shù)較低。GH128和RA333高溫合金用于12V180Z型柴油機(jī)預(yù)燃燒室燒嘴，GH128壽命達(dá)到4000h，最高達(dá)8408h；RA333最高壽命達(dá)11600h。另有PZ502合金的性能與RA333合金噴嘴相當(dāng)，且強(qiáng)度高、切削性能好、成本低，在各種發(fā)電機(jī)、船舶主機(jī)上使用。四高溫合金的應(yīng)用3)熱發(fā)生器作為排氣凈化裝置，熱發(fā)生器工作溫度達(dá)1000℃。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)-停車的間斷加熱條件，促使氧化膜破壞和剝落。與排氣閥相同，尤其使用高鉛汽油，由于鉛化合物產(chǎn)生加速氧化；另外，因排氣中低氧壓的緣故，大氣中微量的SO2和硫酸鹽容易引起硫化。

4)增壓器柴油機(jī)發(fā)展中增壓技術(shù)，廢氣增壓渦輪，是利用氣缸排出的廢氣帶動(dòng)，以增加進(jìn)氣壓力，加大進(jìn)氣量，從而加強(qiáng)燃燒。采用廢氣渦輪增壓，可成倍地提高柴油機(jī)功率，大幅度降低單位功率，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)的K13合金，是一種Fe-Ni-Cr基鑄造高溫合金，與國(guó)外采用Incone1713和X40合金相比，含鎳少，不含鈷。K13合金大量用于制造渦輪和葉片鑄件，是750℃環(huán)境理想的增壓渦輪材料。K18合金是不含鈷的鎳基鑄造高溫合金。合金密度小，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性和鑄造工藝性能佳。在較寬的溫度范圍內(nèi)可用作燃?xì)鉁u輪工作葉片、導(dǎo)向葉片、整鑄渦輪和柴油機(jī)增壓器。四高溫合金的應(yīng)用(5)核工業(yè)1)核包殼燃料元件包殼管壁承受600~800℃高溫，且壁又薄，所以材料必須具有高的蠕變強(qiáng)度。在液體金屬冷卻反應(yīng)堆中，使用氧化物燃料時(shí)，包殼受到的應(yīng)力約為120~150MPa。材料在上述條件下會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的塑性變形，從而造成燃料元件的提前斷裂。在燃料元件使用壽命終期，包殼受到的機(jī)械應(yīng)力是最大的，因而對(duì)其機(jī)械性能要求也高。燃料元件包殼材料外部受冷卻劑的侵蝕，內(nèi)部受燃料的侵蝕，所以作為燃料元件包殼材料的耐腐蝕率也有高的要求。對(duì)鐵基和鎳基合金來說，還有金屬的溶解腐蝕，鎳含量高時(shí)，腐蝕率顯著增高。燃料元件的包殼除受冷卻劑的腐蝕以外，與燃料的化學(xué)反應(yīng)、輻照損壞也是可能導(dǎo)致包殼材料的重要問題之一，對(duì)快速中子增殖反應(yīng)堆燃料包殼材料具有重要影響的還有高溫脆性。鈉冷反應(yīng)堆燃料包殼材料一般有三大類：不銹鋼、鎳基合金和難熔金屬及其合金。鎳基合金有Hastelloy、Incoloy800、Nimonic80A等。四高溫合金的應(yīng)用2)燃料元件定位架它處于高溫、高壓、高通量輻照等苛刻條件下工作，要求材料有較好的綜合性能。GH169A合金冷軋帶材具有良好的冷沖壓性能和釬焊性能，能滿足要求。3)高溫氣體爐這是將氦氣作為冷卻介質(zhì)的反應(yīng)堆，可獲得750~1000℃的高溫，作為煉鐵和化學(xué)工業(yè)及其他過程的熱源。原子能煉鐵，就是要利用這種核熱能，造成高溫還原性氣氛。為安全起見，氦/氦中間需有換熱器，這種換熱器擬采用鎳合金。其目標(biāo)是能夠制造在1000℃不純氦中，10萬h內(nèi)蠕變斷裂強(qiáng)度在10MPa以上，外徑425mm，厚5mm、長(zhǎng)度在7m以上的耐熱鋼管。(6)其他領(lǐng)域1)煤的氣化、液化煤氣化環(huán)境中氧的分壓低，硫的分壓高，結(jié)果在金屬表面不易形成有效的保護(hù)性氧化膜，而是含有大量有腐蝕性的質(zhì)四高溫合金的應(yīng)用質(zhì)點(diǎn)。這些物質(zhì)與氣化器內(nèi)的金屬部件接觸，在高溫下與氧化膜反應(yīng)使之破壞，這些沉積物還阻礙氧化膜的繼續(xù)生成。煤汽化中含有H2S，多數(shù)高溫材料在低溫(<850℃)、低硫介質(zhì)中還能適應(yīng)，而高溫下硫的腐蝕明顯加重。在煤氣化碳化氣氛中，由于氧化膜保護(hù)作用差，使合金表面層的碳含量明顯增加，從而造成合金塑性降低。在煤汽化中或類似氣氛中使用的高溫合金有：鐵基合金-N155，RA330，RA333，T63WC，310不銹鋼，F(xiàn)e-18Cr-5AI-Mo-Hf，F(xiàn)e-18Cr-5AI-Y，MA956E(Fe-19Cr-5AI-0.45Y2O3)；鎳基合金-IN617，IN657，IN738，IN739，Kimonic80A；鈷基合金-Haynes188，Stellte6B，X-40，Co-Cr-W-1。2)冶金工業(yè)冶金工業(yè)生產(chǎn)過程中的熱處理、加熱爐、軋鋼、煉鋼、測(cè)量等均離不開高溫過程，因此不少冶金設(shè)備的接觸高溫的部件需要高溫合金，如傳送帶、馬弗爐和爐子零件、熱處理爐的爐底輥、輻射管、高溫通風(fēng)機(jī)、壓力鑄造的壓鑄模等。四高溫合金的應(yīng)用3)石油化工石油化工管式裂解爐，管內(nèi)通以裂解原料，管外用液體燃料或氣體燃料燃燒所發(fā)出的熱量來加熱管外壁。通過管壁的傳熱，將熱量傳遞給管內(nèi)的反應(yīng)物料。裂解反應(yīng)溫度較高(約800℃)，而管外壁的溫度更高，這樣才能把熱量傳導(dǎo)到管內(nèi)去。裂解爐管內(nèi)是進(jìn)行強(qiáng)烈吸熱的裂解反應(yīng)。物料在管中流速大，停留時(shí)間短，要在每單位時(shí)間、每單位傳熱面對(duì)反應(yīng)物流供給大量熱量，因此必須用高熱強(qiáng)度及耐高溫1000℃以上的合金。4)搪瓷制品在日用搪瓷制品生產(chǎn)中，燒成爐用的吊架材質(zhì)好壞，將直接關(guān)系到制品質(zhì)量。吊架材質(zhì)必須要求抗氧化、不起皮，900~950℃溫度下不易變形，易加工成形，架間粘瓷不超過2mm，其中GH30效果較好。搪瓷燒成爐需要輻射管，燒氣或油的爐均需在輻射管內(nèi)燃燒，其熱量通過管壁傳給燒成爐。該輻射管要求耐高溫、抗氧化、耐硫化，并具有一定強(qiáng)度和良好工藝性能，目前使用GH128、GH