簡介
添加合金元素使基體得到強化的鐵基變形高溫合金。這類合金是從Fe-Cr-Ni型奧氏體不鏽鋼的基礎上發展起來的,使用溫度較高,所受應力較低,能適應各種複雜成形的加工,廣泛套用於航空工業製成燃燒室和火焰筒等部件。
成分特點
考慮到這類合金使用溫度高,需要有良好的抗氧化、耐腐蝕性能,把鉻含量提高到20%左右,同時相應地把鎳含量提高到25%甚至35%~40%來穩定基體組織。為了產生有效的固溶強化,加入相當量的高熔點元素鎢、鉬和鈮等,其最大總量高達10%~12%。中國發展的一些固溶強化鐵基變形高溫合金中,加入少量氮後獲得相當強的固溶強化效應,取得了滿意的效果。此外,在有些合金中再加入少量鋁、鈦,以增強固溶強化效果,但加入量不超過1%~1.2%。有些板材合金需要較高的強度,因此除固溶強化外,還加入適量鋁、鈦並輔之以時效強化。加入微量硼、鈰、鋯,以獲取良好的晶界強化效果。
分類
中國的固溶強化鐵基變形高溫合金可以成功地在700~900℃(最高到950℃)溫度範圍內使用,這在國際高溫合金的套用上是獨具特色的。中國典型的固溶強化鐵基變形高溫合金列於表中。根據使用溫度區分,基本上有3大類
(1)在700℃以下使用的合金有GH13和GH139。GH139以6%錳代替一部分鎳,並輔以氮進行固溶強化。這是成分簡單,最經濟的合金。
(2)在800℃以下使用的GH1040合金以20Cr35Ni-40Fe為基,加入適量鎢、鉬作為固溶強化的主要手段,再輔以少量鋁和鈦增強固溶強化而獲得成功。由於GH1040合金的良好綜合性能和一種合金能有多種用途,因此它在中國800℃以下套用的鐵基板材高溫合金中占有統治地位。
(3)在900℃下使用的有GH1131、GH138、GH1015和GH1016等多種合金。這類合金主要用大量的鎢、鉬和鈮(總量高達10%)進行固溶強化,有的合金還添加少量氮(<0.30%)來增強固溶強化效果。為了發展更高使用溫度的鐵基板材合金,如950℃使用的GH14合金,將固溶強化元素鎢、鉬和鈮的總量提高到12%。這類合金的鎳含量都不超過40%,鉻含量高達20%,又加入了大量鎢、鉬和鈮,這就促使高溫下組織不穩定,容易析出富鎢、鉬和鈮的金屬間化合物如AB2型的Laves相、μ相,甚至還會析出AB型的σ相(見高溫合金材料的金屬間化合物相),使材料性能大大惡化,限制了這類合金在高溫下長期使用。為了提高組織穩定性,從合金成分設計的角度,可以增加鎳含量,這樣就向鎳基變形高溫合金趨近,失去了經濟型鐵基變形高溫合金的特色。
除了以上三類外,GH167合金是為適應高強板材合金的要求,除了加入大量鎢、鉬固溶強化外,還加入了相當數量的鋁和鈦進行時效強化。該合金可以在800~850℃範圍內使用。