[科普中國]-粉末高溫合金

粉末高溫合金是指用粉末冶金工藝制成的高溫合金。這類合金最早起源于彌散強(qiáng)化合金。1962年美國杜邦公司根據(jù)二氧化釷在鎢中具有彌散強(qiáng)化作用的原理，研制出一種用粉末冶金工藝制成的二氧化釷彌散強(qiáng)化的高溫材料，稱之為TD鎳，從而開始了粉末冶金高溫合金的生產(chǎn)。

類型粉末冶金高溫合金通常按合金強(qiáng)化方式分為彌散強(qiáng)化型和沉淀強(qiáng)化型兩類。

彌散強(qiáng)化型高溫合金是用惰性氧化物來強(qiáng)化的，這種氧化物的物理和化學(xué)性能高度穩(wěn)定,在一般沉淀強(qiáng)化相軟化、聚集甚至溶解的溫度下,仍保持相當(dāng)高的強(qiáng)化效果。由于這種惰性氧化物必須彌散均勻分布才有強(qiáng)化效果，且它與基體合金比重相差懸殊，無法用常規(guī)的熔煉工藝來生產(chǎn)，而只能采用粉末冶金方法。彌散強(qiáng)化高溫合金除了用內(nèi)氧化、化學(xué)共沉淀、選擇性還原等方法制取外，1970年美國的J.S.本杰明又首次用機(jī)械合金化新工藝制成了用氧化釔彌散強(qiáng)化的高溫合金。機(jī)械合金化是用金屬粉或中間合金粉與氧化物彌散相混合，在高能球磨機(jī)中球磨，使粉末反復(fù)焊合、破碎，從而使每一顆粉末成為“顯微合金”顆粒。這種新的工藝方法可以制造成分十分復(fù)雜的彌散強(qiáng)化高溫合金。

沉淀強(qiáng)化型高溫合金，它是為了克服常規(guī)熔煉工藝的缺點(diǎn)，提高高溫合金的綜合性能，并為提高合金利用率而發(fā)展起來的。這種粉末冶金高溫合金采用預(yù)合金化粉末，每個(gè)粉末顆粒實(shí)際上就是一個(gè)“顯微鋼錠”，合金偏析只能在粉末顆粒的細(xì)小范圍內(nèi)發(fā)生。因此，與相同成分的鑄造合金相比，沉淀強(qiáng)化型高溫合金的成分偏析小，初熔溫度高，有害相析出的傾向小，提高了合金的綜合性能；并且能使本來難于變形的合金成型，減少了切削加工量，提高了合金的利用率。特別是隨著高溫合金成分日趨復(fù)雜、零件尺寸不斷增大，這種粉末冶金高溫合金顯示出更大的優(yōu)越性1。

優(yōu)點(diǎn)高溫合金具有良好的抗氧化性、抗腐蝕性能、優(yōu)異的拉伸、持久、疲勞性能和長期組織穩(wěn)定性，是為了滿足各種高溫使用條件下的現(xiàn)代航空航天技術(shù)的要求而發(fā)展起來的，在先進(jìn)的航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大的生命力。粉末冶金高溫合金是采用粉末冶金的方法制備的高溫合金，與傳統(tǒng)的鑄鍛高溫合金相比，具有組織均勻，無宏觀偏析，以及屈服強(qiáng)度高、疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)，克服常規(guī)工藝產(chǎn)生的偏析(不均勻)，所使用的預(yù)合金化粉末的每個(gè)顆粒就是一個(gè)"顯微鋼錠"，合金偏析只能在粉末顆粒的細(xì)小范圍內(nèi)發(fā)生，能夠提高合金的綜合性能，并且能減少切削加工量,提高了合金的利用率。特別是隨著高溫合金成分日趨復(fù)雜、零件尺寸不斷增大，粉末冶金高溫合金顯示出更大的優(yōu)越性1。

制作工藝高溫合金通常含有活潑元素，并且由于粉末顆粒的冷態(tài)不可壓縮性，合金在整個(gè)粉末冶金制造過程中都必須始終在真空或惰性氣體保護(hù)之下，而且必須采用熱態(tài)成形工藝。為了適應(yīng)粉末冶金高溫合金的發(fā)展，一系列先進(jìn)的粉末冶金技術(shù)，如真空或惰性氣體霧化法、真空旋轉(zhuǎn)電極法、真空電子束旋轉(zhuǎn)電極法等制粉技術(shù)，以及熱等靜壓、熱擠壓、超塑性等溫鍛造等成形工藝得到發(fā)展。應(yīng)用新發(fā)展的一種快速凝固技術(shù)，可使粉末冷卻速度達(dá)100萬度/秒，其初熔溫度又比一般粉末進(jìn)一步提高，因而更有利于提高高溫強(qiáng)度。

發(fā)展粉末冶金新技術(shù)的發(fā)展不但使一些高溫合金擴(kuò)大了用途，如把原來只能用作燃?xì)廨啓C(jī)葉片的IN-100這種高度合金化的鑄造高溫合金成功地用粉末冶金法制成渦輪盤，從而大大提高了渦輪盤的高溫強(qiáng)度和工作溫度，而且還發(fā)展了一些高溫合金新品種，特別是用機(jī)械合金化生產(chǎn)的彌散強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化相結(jié)合的高溫合金，如MA754、MA6000等。由于綜合利用了3種強(qiáng)化效應(yīng)，合金的強(qiáng)度更加提高，適用溫度范圍更廣，進(jìn)一步擴(kuò)大了高溫合金的使用領(lǐng)域2。

總結(jié)(1)我國研制的兩代粉末高溫合金-FGH95和FGH96，通過預(yù)先研究、應(yīng)用研究及工程化研究，先后進(jìn)入考核和應(yīng)用。第三代800℃以上粉末高溫合金將起步研制。

(2)我國粉末盤制備的基本工藝路線為快速凝固預(yù)合金粉末+直接熱等靜壓成型或熱等靜壓預(yù)制坯+大氣下等溫鍛造3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)