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来源 : www.alloy-east.com   发布时间 : 2016-08-25

镍基高温合金的发展趋势
以镍为基体(含量一般大于50%) 在650~1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。
发展过程
镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti);为了提高蠕变强度又添加铝,研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期,苏联于40年代后期,中国于50年代中期也研制出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面:合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初,真空熔炼技术的发展,为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期,由于涡轮叶片工作温度的提高,要求合金有更高的高温强度,但是合金的强度高了,就难以变形,甚至不能变形,于是采用熔模精密铸造工艺,发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要,60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内,镍基合金的工作温度从 700℃提高到1100℃,平均每年提高10℃左右。
成分和性能
镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因,一是镍基合金中可以溶解较多合金元素,且能保持较好的组织稳定性;二是可以形成共格有序的 A3B型金属间化合物g'[Ni3(Al,Ti)]相作为强化相,使合金得到有效的强化,获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度;三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素,其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用,其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为:固溶强化元素,如钨、钼、钴、铬和钒等;沉淀强化元素,如铝、钛、铌和钽;晶界强化元素,如硼、锆、镁和稀土元素等。
镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。
固溶强化型合金
具有一定的高温强度,良好的抗氧化,抗热腐蚀,抗冷、热疲劳性能,并有良好的塑性和焊接性等,可用于制造工作温度较高、承受应力不大(每平方毫米几公斤力,见表1)的部件,如燃气轮机的燃烧室。
沉淀强化型合金
通常综合采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式,因而具有良好的高温蠕变强度、抗疲劳性能、抗氧化和抗热腐蚀性能,可用于制作高温下承受应力较高(每平方毫米十几公斤力以上,见表2) 的部件,如燃气轮机的涡轮叶片、涡轮盘等。
此外,镍基合金也可用做航天器、火箭发动机、核反应堆、石油化工和能源转换设备等的高温部件。在现代飞机发动机中,涡轮叶片几乎全部采用镍基合金制造。

 

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2017-01-06机械合金化高温合金(mechanical alloyed superalloy)  
用机械合金化技术制备的粉末冶金高温合金。机械合金化(MA)的功能是藉高能球磨机将组成元素粉末和超细氧化物质点充分均匀化,并将金属粉末加工成为合金粉末。MA的原理是金属粉末在机械力作用下变形、破碎和反复冷焊。MA过程中硬度较高的氧化物和金属粉末不断地被揉入软基体金属中,它不同于一般的混合,基本上不受粉末粒度的限制。由于超细氧化物质点被金属“钉扎”,避免了超细质点因具有很大的剩余原子结合力而容易类聚的倾向,所以MA工艺具有高度均匀的能力。
简史   20世纪60年代氧化物弥散强化高温合金(ODS高温合金)如TD—Ni、TD—Ni—Cr常用共沉淀法制备。这种工艺不能生产含活泼元素钛、铝的高温合金。而铝、钛恰恰是许多高性能的高温合金不可缺少的时效强化元素。1970年MA的发明解决了这一难题。美国国际镍公司生产的机械合金化高温合金MA754、MA956、MA6000是当前*********的高温合金系列之一,其成分见表。MA754、MA956分别是固溶强化型机械合金化镍基、铁基高温合金,在同类型的高温合金中使用温度最高,可用作飞机发动机导向叶片、火焰筒。MA754已用于发动机篦齿环。MA956因具有优良的抗氧化和高温耐蚀性,还可用作换热器、保护套管、热处理高温支架等。MA6000是固溶、时效强化型机械合金化高温合金,因此高温强度最高,可作先进飞机发动机的工作叶片,尚处于试用阶段。90年代以来,美、日、比等国为了开发原子能用快中子增殖堆芯包壳管材料,研制出几种核性能优良的特别是抗中子辐照肿胀的机械合金化铁素体高温合金。该合金在700℃使用温度下蠕变强度为所有铁素体合金之冠,其合金成分为Fe—(13~13.5)Cr0.4Mo—(0.4~2.2)Ti—(0.4~0.5)Y2O3。

2018-11-23    我们之前推出的特钢报告对整个特钢行业做出了全面的梳理,本篇报告则重点关注高温合金的发展现状和未来,以及下游航空航天核电和军工领域大发展对高温合金带来巨大的需求空间,我国相关的高温合金企业面临巨大的进口替代空间和行业发展空间,对相关标的维持推荐。
我国钢铁产业已经进入成熟阶段,普通大类特钢整体产量也进入峰值区间。2015上半年,中国特钢协会成员单位粗钢产量为6222万吨,同比减少2.91%。其中,普通钢同比减少4.14%,优质钢同比减少1.16%,特殊钢同比减少3.69%。特钢行业当前处于较为低效的运行状态,低端产品相对过剩,而高端产品相对不足。未来特钢行业的重点发展方向仍然是高端非标定制化产品。
  高温合金作为工业皇冠上的明珠材料,是特钢领域中最为高端的产品之一。
  高温合金材料最初主要应用于航空航天领域,由于其良好的耐高温,耐腐蚀等性能,逐渐被应用到电力,船舰,汽车,冶金,玻璃制造,原子能等工业领域,从而大大的拓展了应用领域。随着高温合金的发展,新型高温合金材料的出现,高温合金的市场需求处于逐步扩大和增长的趋势。从全球范围而言,高温合金年消费量达到28万吨,市场空间超过100亿美元。主要应用在航空航天领域(55%),其次是能源电力领域(20%),再次是机械汽车领域(10%)。而这一需求量随着未来全球高端工业发展将会继续提升。
   我国高温合金经过之前的快速发展,当前已经初具万吨左右的规模,未来随着我国国防军工航空航天等领域高端需求快速增长,高温合金面临着巨大的需求增长空间和进口替代空间。近今年来,我国大力推进的大飞机国产化和核电国产化等行业规划将会给高温合金带来巨大的需求空间。谨慎保守估计,未来20年我国每年高温合金的年平均需求量将会达到3.5万吨,需求总量将超过70万吨,其中航空发动机领域25万吨左右,燃气轮机领域12万吨左右,汽车领域21万吨左右,核电领域6万吨左右,市场空间有望继续提升。

2018-08-01我们之前推出的特钢报告对整个特钢行业做出了全面的梳理,本篇报告则重点关注高温合金的发展现状和未来,以及下游航空航天核电和军工领域大发展对高温合金带来巨大的需求空间,我国相关的高温合金企业面临巨大的进口替代空间和行业发展空间,对相关标的维持推荐。
我国钢铁产业已经进入成熟阶段,普通大类特钢整体产量也进入峰值区间。2015上半年,中国特钢协会成员单位粗钢产量为6222万吨,同比减少2.91%。其中,普通钢同比减少4.14%,优质钢同比减少1.16%,特殊钢同比减少3.69%。特钢行业当前处于较为低效的运行状态,低端产品相对过剩,而高端产品相对不足。未来特钢行业的重点发展方向仍然是高端非标定制化产品。

高温合金作为工业皇冠上的明珠材料,是特钢领域中最为高端的产品之一。

高温合金材料最初主要应用于航空航天领域,由于其良好的耐高温,耐腐蚀等性能,逐渐被应用到电力,船舰,汽车,冶金,玻璃制造,原子能等工业领域,从而大大的拓展了应用领域。随着高温合金的发展,新型高温合金材料的出现,高温合金的市场需求处于逐步扩大和增长的趋势。从全球范围而言,高温合金年消费量达到28万吨,市场空间超过100亿美元。主要应用在航空航天领域(55%),其次是能源电力领域(20%),再次是机械汽车领域(10%)。而这一需求量随着未来全球高端工业发展将会继续提升。

我国高温合金经过之前的快速发展,当前已经初具万吨左右的规模,未来随着我国国防军工航空航天等领域高端需求快速增长,高温合金面临着巨大的需求增长空间和进口替代空间。近今年来,我国大力推进的大飞机国产化和核电国产化等行业规划将会给高温合金带来巨大的需求空间。谨慎保守估计,未来20年我国每年高温合金的年平均需求量将会达到3.5万吨,需求总量将超过70万吨,其中航空发动机领域25万吨左右,燃气轮机领域12万吨左右,汽车领域21万吨左右,核电领域6万吨左右,市场空间有望继续提升。

2016-07-16Incoloy825合金应用领域
Incoloy 825广泛应用于各种使用温度不超过550℃的工业领域。
典型应用为:
●硫酸酸洗工厂用的加热管、容器、筐及链等。
●海水冷却热交换器、海洋产品管道系统、酸性气体环境管道。
●磷酸生产中的热交换器、蒸发器、洗涤、浸渍管等。
●石油精炼中的空气热交换器
●食品工程
●化工流程
●压氧气应用的阻燃合金
 
Incoloy825 焊接
Incoloy 825适合采用任何传统焊接工艺与同种材料或其他金属焊接,如钨电极惰性气体保护焊、等离子弧焊、手工亚弧焊、金属极惰性气体保护焊、熔化极惰性气体保护焊,其中脉冲电弧焊是******方案。在采用手工电弧焊时,推荐使用(Ar+He+H2+CO2)多种成份混合的保护气体。
Incoloy 825的焊接必须在退火态进行,并使用不锈钢丝刷清理干净污渍、粉尘和各种记号。在焊缝根部焊接时,为得到******的根部焊缝质量,操作必须非常小心(氩气99.99),这样在根部焊接完后焊缝就不产生氧化物。焊接热影响区产生的颜色要在焊缝区域未冷却时用不锈钢刷刷去。

2020-03-24精密合金机械法细晶工艺包括振动法和搅拌法。振动法可以采用机械振动,电磁或超声波振动等,而搅拌法采用铸型旋转振动,即周期性地改变铸型的旋转方向和旋转速度。精密合金机械法细晶工艺的原理是在高温合金凝固时,迫使枝晶折断、破碎,成为结晶核心,增加形核数量,使晶粒数量增多,尺寸减小,达到细化晶粒的目的。

精密合金材料采用机械搅拌法,在合金凝固过程,通过搅拌,剪断树枝晶,产生许多形核中心,随后形成均匀细小的晶粒。由于GX产品中有许多显微疏松,采用热等静压(HIP)处理使产品致密化,强度性能增加,分散度减小。

北京航空材料研究院采用铸型搅动法即铸型旋转振动法(属精密合金机械法)工艺细化整体叶轮轮盘的晶粒,并在此基础上,控制叶片凝固过程,使叶片晶粒度和形态可任意调整,从而获得整体叶轮控晶铸造工艺。铸型搅动法细化晶粒效果只受铸型搅动机械参数的影响。铸型转速越高,破碎枝晶能力越强,晶粒细化效果越好,但n太高,型壳容易破裂。正反转时间(正反)太长,晶粒长大时间长,晶粒变粗,而太短,破碎枝晶能力差,晶粒也变粗。正反换向时间(换向)应越短越好,越短破碎枝晶的能力越强。

但机械驱动系统的转换需要时间,换向不可能为零。总搅动时间(总)取决于浇注过热度(T),T越大,所需总越长。通常合金液成为糊状即可停止搅动,如果继续搅动,铸件将存在更多的缩孔和疏松。对于成分一定的高温合金,只要铸型搅动工艺参数合适,叶轮轮盘的晶粒度可达3~4级。如果同时控制叶片的凝固温度梯度和凝固过程,可使叶片得到所需晶粒形态和晶粒尺寸。

2018-05-26GH4099(GH99)高温合金

GH4099(GH99) 化学成分

C Cr Ni W Mo Al Co Ti

≤0.08 17.00~20.0 余量 5.00~7.00 3.50~4.50 1.70~2.40 5.00~8.00 1.00~1.50

Fe B Mg Ce Mn Si P S

≤2.00 ≤0.005 ≤0.010 ≤0.020 ≤0.40 ≤0.50 ≤0.015 ≤0.015

GH4099(GH99)是 一种高合金化的镍基时效板材合金,用钴、钨、和铝、钛等元素综合强化,使合金具有较高的热强行,900℃一下可以长期使用,最高工作温度可达1000℃。 该合金组织稳定,并具有满意的冷热加工成型和焊接工艺性能,适合于制造航空发动机燃烧室和加力燃烧室等高温板材承力焊接结构件,用该合金制造的大型板材结构件,可在固溶处理后不经时效处理直接使用。主要产品有板材和丝材,也可以生产板材和锻件。

2018-08-15社会主义市场经济的繁荣发展是与时俱进的******体现。硬质合金刀片作为超硬刀具之一,是生产加工业强有力的切削利器,硬质合金作为现代工业的牙齿对生产制造业有着强大的促进作用。
 
    硬质合金刀片作为财富切削利器,是现代生产制造业最有效的加工利器,对社会经济的发展有着重要的促进作用。硬质合金属于粉末冶金工业,是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能,特别是它的高硬度和耐磨性成为最主要的用途。我国作为硬质合金生产大国,又是全球生产制造大国,对硬质合金刀片的切削使用率是最广泛的,也是全球硬质合金刀具市场份额最充足的阵地,所有硬质合金生产国家都以中国市场作为长期目标,这对我们既是机遇也是挑战。
 
    经济全球化的要求,使的日益激烈的市场竞争呈现优胜劣汰的明显效果,硬质合金刀片市场的发展也需要与时俱进,走在经济发展的潮流前线。我国“十二五”规划对社会经济有着明显导向作用,尤其是高端装备制造业对硬质合金刀片、硬质合金刀具的使用需求日益前端化,加上与时俱进的国产硬质合金刀片性能优势日益明显,我国硬质合金行业正从生产大国向生产强国进军。
 
     社会经济的高速发展是经济全球化日益明显的体现,也是改革开放与时俱进的******成果,硬质合金刀片的与时俱进是硬质合金整体行业发展的必然方向,也是市场竞争最直接的表现。

2018-11-15    硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能,特别是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的温度下也基本保持不变,在1000℃时仍有很高的硬度。以下是具体分析。 
1.硬度 
硬质合金的主要成分是难溶金属钨和钛的碳化物和胶结金属钴。由于难熔金属碳化物具有极高的硬度,所以合金本身就具有很高的硬度。硬质合金的硬度一般在HRA86-93之间,并随合金中含钴量的增加而降低。在钨钛钴合金中,硬质合金的硬度又随其中碳化钛含量的增加而提高。因此,在含钴量相同时,钨钛钴合金的硬度高于钨钴合金。 硬质合金高温硬度好,在500℃以下时,其硬度维持不变。当温度高于500℃时,才有明显的下降。但在1000-1100℃时,硬质合金的硬度HRA仍有73-76相当HB430-477。二淬火钢在200℃时,硬度即迅速下降,在1000-1100℃时,其硬度就降低到HB30-40. 
2.抗弯强度 
在常温时,硬质合金的抗弯强度在75-250公斤/平方毫米之间,并且含钴量越高,抗弯强度越高,在含钴量一定时,碳化钛含量增加引起抗弯强度急剧下降。硬质合金http://www.sjzjingcheng.com/的表面状况对它的抗弯强度有很大的影响。在制造硬质合金工具时,应防止其表面产生各种类型的裂纹,否则就会影响到它的抗弯强度。 
4.冲击韧性 
硬质合金脆性很高,而且几乎与温度无关。在常温时,淬火钢的冲击韧性大于硬质合金的冲击韧性1-2倍,而退火钢则大于硬质合金9倍。所以,在镶焊硬质合金工具时,不允许对硬质合金刀片作冲击性的压紧。在运输硬质合金工具时,应注意不要使其互相碰撞或受到冲击,否则就会造成损坏现象。 
5.耐磨性 
硬质合金的耐磨性比最好的高速钢要高15-20倍。硬质合金的耐磨性在金属切削加工中,起着极大的作用,特别是在钢材的连续切削加工中,刀具磨损时,尤为显著。 
6.抗压强度 
硬质合金的抗压强度与合金中的含钴量和碳化钨晶粒粗细有关;钨钴合金的抗压强度随钴含量增加而增加,钴含量5%时抗压强度值******,钴含量继续增加,其抗压强度随之而下降;细晶粒钨钴合金的抗压强度也较粗晶粒钨钴合金较高,而钨钛钴合金的抗压强度又低于钨钴合金。

2017-12-11人民币如果持续贬值,将改善我国外贸出口环境,机械、家电等用钢行业出口将会上升,就能够提升国内上游行业对钢铁产品的需求,改善国内钢材需求环境,缓解钢铁企业生产经营压力。
8月11日,中国人民银行宣布完善人民币汇率中间价报价机制,当日人民币兑美元中间价报6.2298,较此前一日贬值1.9%,创2013年4月来新低。那么,这次人民币贬值对我们钢铁行业有什么影响呢?
 
首先,将增加钢铁企业购买进口铁矿石的采购成本。铁矿石采购成本是钢铁企业生产成本中的“大头”,而目前国内钢铁企业对进口铁矿石依存度很高,所以这次人民币贬值将使国内钢铁企业为购买进口铁矿石而换取外汇的支出增加,从而增加进口铁矿石的购买成本,这对目前处于艰难困境中的国内钢铁企业来说,是一重大利空。
 
其次,将大幅提高国内钢铁企业海外融资成本。前几年,由于人民币处于升值通道中,加上国内融资日益困难,许多国内钢铁企业纷纷赴海外进行融资。这次人民币贬值,将直接增加这些企业的偿付成本,特别是近期面临还款压力的钢铁企业,如果没有做套期保值等相关措施的话,将损失严重。
 
第三,将有利于提高国内钢铁产品出口竞争力,增加出口。人民币贬值将促使国内钢铁产品出口价格弹性更大,从而提高竞争力,有利于增加出口。这对目前产能过剩、国内需求下降的钢铁行业来说,是一个比较好的消息。
 
另外,人民币如果持续贬值,将改善我国外贸出口环境,机械、家电等用钢行业出口将会上升,就能够提升国内上游行业对钢铁产品的需求,改善国内钢材需求环境,缓解钢铁企业生产经营压力。
 
总的来看,此次人民币贬值对钢铁行业的影响有利有弊。广大钢铁企业需要根据自身条件和能力,采取多种措施,把不利影响转化成有利影响,从而提升经营水平,提高经济效益。 


2016-12-09      高温热锻模是指在高温(超过600度)下使用的锻造模具。这种模具的使用条件十分恶劣,不但要承受超高温而且还要承受高的冲击力。现在一般使用的热锻模材料为5CrNiMo 5CrMnMo,H13,3Cr2W8V等钢种,但是这些钢种在使用时,由于承受高温以及大应力,所以这些材料的在温度超过600度时使用情况都不是很好。

IN718是以Ni为基体,在合金中加入铝,钛以形成金属间化合物进行r’(Ni3AlTi)相沉淀强化。这样就使得该合金具有高温强度高,高温稳定性好,抗氧化性好,热疲劳性能及冲击韧性优异,特别适合制作热锻模,国外已经大批量使用该合金用作高温模具材料。 

在高温的工作环境下5CrNiMo等普通模具 材料的屈服强度和抗拉强度远低于IN718合金,而且随着温度的升高、使用时间的延长屈服强度和抗拉强度急剧降低。IN718合金在高温下,不仅强度远高于5CrNiMo 合金钢,而且随着温度的升高屈服强度和抗拉强度变化不大,并且IN718合金在使用条件下超过1000小时抗拉强度下降小于5%。而5CrNiMo等常规模具钢材料650度高温下累计接触时间不超过8小时就已经因失效而报废。因此,温度愈高,时间愈长,他们之间的差别愈大。  

在600℃ 时IN718的屈服强度是5CrNiMo 的2.4倍,而在650℃ IN718是5CrNiMo 的3.4倍。由于IN718合金具有这种优良的高温强度,锻造时在温度升高到500-800℃时,IN718不变形。 

IN718合金的高温硬度在热锻模的工作温度范围也明显高于5CrNiMo 而且从室温至800℃,硬度保持在同一水平,与此相反5CrNiMo 从400-600℃硬度几乎成直线降低。在500℃时,两种材料硬度相同,到600℃时IN718合金的硬度高于 5CrNiMo一倍以上,良好的高温硬度使IN718合金具有良好的高温耐磨性。
一般的热作模具钢的高温稳定性都不好,从450℃到600℃回火由于组织中碳化物球化,所以钢一直在软化,硬度不断降低,而IN718合金为单一奥氏体钢,不存在相变。在正常热处理后,在600-700℃加热长达1000小时,组织稳定,硬度变化很小。因此5CrNiMo等热作模具钢使用过程中受锻件加热,是一个回火软化过程,材料强度不断降低,而IN718可以保持良好的的强度性能,这一特点对于制作热锻模来说极为有利。 

热锻模在高温下工作,因此材料必须具有良好的抗氧化性能。Cr是主要的抗氧化元素。5CrNiMo钢中仅含有0.7%左右的Cr表面在高温下形成低含量的氧化膜(Fe3Cr)2O3 。这种氧化膜多孔,而且很容易被工件材料所磨掉。IN718合金含有18%的Cr,所以在表面形成致密而且防护性良好的以Cr2O3为主的氧化膜。抗氧化良好。 

综上所述,IN718合金非常适用于600度以上使用的热锻模、冲头、热挤压模、压铸模等材料。它在抚顺钢厂的锻锤衬垫上的使用寿命是5CrNiMo钢使用寿命的15倍以上。

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