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把弥散强化相加入到沉淀强化高温合金中有什么特点

自上世纪40年代以来,性能较好的高温合金几乎都采用相沉淀强化。但是研究了铁基高温合金长期时效过程中相的尺寸与时间的关系曲线,。相颗粒尺寸与时效时间符合这一关系。而且温度愈高,直线的斜率愈大,质点长大的速度愈快。在高温和应力同时作用下,高温合金相大小与700℃时效时间的关系,弥散强化可以克服上述缺点。因为弥散相不是从基体中析出的,而是外加的惰性质点,它基本上不溶解于基体,也几乎不发生聚集长大。

电热合金


作为弥散质点,必须具有高的生成自由能和熔点、低的扩散速率和相界面能。氧化物、碳化物、氮化物、硼化物都可以作为弥散相,但以金属氧化物为最好。因为氧化物的热稳定性最高,其中使用较多的是Al2O3、ThO2和Y2O3。它们在1000℃的生成自由能均在100仟卡/克分子以上,熔点在2000℃以上。上世纪70年代初,采用Y2O3弥散质点代替ThO2,不仅仅是因为它无放射性,而且Y2O3能与合金中过剩的氧及活泼元素Al生成复合氧化物YAG,也可能还有少量YAP或YAM。这种复合氧化物比ThO2更为稳定,更抗高温凝聚,并能进一步提高高温强度。因此,YAG复合氧化物是目前比较理想的弥散相。


把弥散强化相加入到沉淀强化高温合金中,可以使弥散强化和沉淀强化两种机理结合起来,在不同的温度范围内,发挥各自的优势。这种合金是比较理想的,在中低温(0.55~0.60Tm以下)以沉淀强化为主,在高温(0.7Tm以上)以弥散强化为主,在过渡温度区(0.6~0.7Tm)两种机构互相加强,沉淀强化高温合金Nimonic 80A,在中、低温度(750℃~800℃)以下,由于相沉淀强化,100h和1000h的持久强度明显高于ThO2强化的TD-Ni合金。

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但TD-Ni在750℃~800℃以上高温显示出优异的高温持久强度。因为弥散相ThO2抗高温凝聚,抵抗位错运动起质点强化作用。而相强化的Nimonic 80A,在这样的高温下要发生聚集长大,甚至完全溶解,因而高温强度下降很快,反而低于TD-Ni。而加入有1.3%Y2O3的Nimonic 80A即沉淀强化与弥散强化相结合的IN853合金,保留了两种合金各自的优点,在整个温度范围具有优异的高温强度。航空发动机上的高温零件,往往处于不同温度范围。如涡轮叶片,叶身处于高温,而叶根处于中低温。所以使用两种强化机理互相结合的ODS合金,最适宜于制作涡轮叶片这类高温零件,ODS合金MA6000就是为此而发展的。当然,ODS高温合金的塑性较低,成本较高,这是它的不足之处。


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