鐵基高溫合金

 　　以鐵為基體、含一定量鉻和鎳的奧氏體合金, 屬高溫合金的一種，在600～800條件下具有一定的強度和抗氧化、抗燃氣腐蝕的能力。

 　　發(fā)展過程  鐵基高溫合金是從奧氏體不銹鋼發(fā)展起來的。40年代，發(fā)現(xiàn)在18-8型不銹鋼中加入鉬、鈮、鈦等元素可提高這種鋼在500～700條件下的持久強度，從而制成以美國牌號 16-25-6(Fe-25Ni-16Cr-6Mo)為代表的加工硬化型奧氏體耐熱鋼。為了適應(yīng)航空工業(yè)對耐高溫材料的需要，發(fā)展出一系列沉淀強化型Fe-Ni-Cr系、Fe-Ni-Co-Cr系高溫合金，如A286、Incoloy 901等。第二次世界大戰(zhàn)期間，德、日等國迫于戰(zhàn)爭需要和鎳資源缺乏,發(fā)展出Fe-Cr-Mn系、Fe-Ni-Cr-Mn系高溫合金。這樣就逐步形成鐵基高溫合金系列。50年代，美國為節(jié)約鎳資源還研制出無鎳的AF-71(Fe-Cr-Mn系)合金,用于制造燃氣輪機部件。中國結(jié)合本國資源條件，于50年代末開始研制鐵基合金，發(fā)展出一系列Fe-Ni-Cr系固溶強化型、沉淀強化型的高溫合金,如GH140、GH130、GH135、K13、K14等。

 　　成分和性能  鐵基高溫合金中的鎳是形成和穩(wěn)定奧氏體的主要元素,并在時效處理過程中形成Ni(Ti、Al)沉淀強化相。鉻主要用來提高抗氧化性、抗燃氣腐蝕性。鉬、鎢用來強化固溶體。鋁、鈦、鈮用于沉淀強化。碳、硼鋯等元素則用于強化晶界鐵基高溫合金按制造工藝可分為變形高溫合金和鑄造高溫合金，按強化方式可分為加工硬化型、固溶強化型和沉淀強化型高溫合金（見金屬的強化）。一些典型的鐵基高溫合金的成分和性能見表[典型鐵基高溫合金的成分和性能]典型鐵基高溫合金的成分和性能。圖1[ 燃氣輪機渦淪盤用鐵基高溫合金的屈服強度曲線] 燃氣輪機渦淪盤用鐵基高溫合金的屈服強度曲線為一些鐵基高溫合金的屈服強度曲線。

 　　組織  鐵基高溫合金的基體為奧氏體，主要的沉淀強化相有γ[Ni(Ti、Al)]和γ(NiNb)相兩類。此外，還有微量碳化物、硼化物、Laves（如FeMo)相和相等。與鎳基高溫合金組織相比,鐵基合金中相組織較復(fù)雜,穩(wěn)定性較差,容易析出η(如NiTi)、(如FeCr)、G(如FeNi16Si)(如FeMo)和Laves等有害相(見合金相)。幾種典型合金的組織見圖2[ 鐵基高溫合金的正常組織] 鐵基高溫合金的正常組織、圖3[鐵基高溫合金中的有害相]鐵基高溫合金中的有害相。

 　　合金的熱處理主要是固溶處理和時效處理，以獲得合適的晶粒度，分布合理和大小適宜的強化相，有利的晶界狀態(tài)，使合金具有良好的綜合性能。例如，用于制造渦輪盤件的材料,晶粒度一般在4～5級；γ相大小約為100～500,均勻分布于基體；晶界有分布均勻的球化了的析出相（如碳化物、Laves相等）。

 　　用途  鐵基高溫合金是中等溫度 (低于800)條件下使用的重要材料，具有較好的中溫力學(xué)性能和良好的熱加工塑性，合金成分比較簡單，成本較低。主要用于制作航空發(fā)動機和工業(yè)燃氣輪機上渦輪盤，也可制作導(dǎo)向葉片、渦輪葉片、燃燒室，以及其他承力件、緊固件等。另一用途是制作柴油機上的廢氣增壓渦輪。由于沉淀強化型鐵基合金的組織不夠穩(wěn)定，抗氧化性較差，高溫強度不足，因而鐵基合金不能在更高溫度條件下應(yīng)用。