单晶高温合金DD417G的高温氧化行为的研究(2)
1.1.2高温合金的分类
高温合金分类有以下几种，一般是按照合金基体元素种类分类的。大致可以分为铁基、镍基和钴基合金三大类，目前使用的铁基合金含镍量高达25%~60%，这类铁基合金还可以被称为铁镍基合金。
根据合金材料成型方式上的不一样，高温合金可以分成铸造合金、变形合金以及粉末冶金合金这三大类。其中它的生产品种有饼材、板材、棒材、环形件、丝材、带材以及管材等等。而铸造合金是有单晶合金、定向凝固合金以及普通精密铸造合金的区别。粉末合金则有氧化物弥散强化高温合金以及普通粉末冶金高温合金这两种合金。
根据合金强化类型不同，高温合金可以被分成时效沉淀强化型合金以及固溶强化型合金。
除了以上的分类法，高温合金还可以按照使用特性来分类，高温合金可以分为高屈服强度合金、抗松弛合金、抗热腐蚀合金、高强度合金以及低膨胀合金。
1.1.3高温合金的性能
高温合金具有良好的高温强度和抗氧化抗腐蚀性能、优异的抗疲劳和抗蠕变性能、以及甚佳的断裂性能和组织稳定性，是现代国防建设和国民经济发展不可替代的关键材料 [4] 。高温合金的发展与航空发动机和各种工业燃气轮机的发展密切相关，是航空发动机和工业燃气轮机发展的重要保证，而航空发动机及工业燃气轮机的发展是高温合金发展的动力。高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600摄氏度以上的高温的金属材料，并且它在一定应力作用下可以长期工作的一类材料。先进的高温合金材料和工艺的研制属高技术领域。它的发展水平也是衡量一个国家工业水平高低的标志之一，也是衡量一个国家国防力量强弱的标志之一。高温合金的合金化程度很高，世界各先进国家都非常重视高温合金的研究、生产和应用，并投入了大量的人力和物力。我国从 1956 年开始研制和生产高温合金。50 多年来，我国高温合金从无到有，从仿制到创新，已先后研制和生产了近 200 个牌号，形成了具有中国特色的完整的高温合金体系，保证了我国航空航天发动机及燃气轮机所需高温合金材料完全立足于国内[4]。中国科学院先后研制成功或正在研究的有铁基变形高温合金 GH2235、GH2045A、GH2384、GH2327、GH2902、GH2762、GH2307；镍基变形高温合金 GH4413；无缝管材合金 GH3044；大尺寸涡轮盘合金 GH4698 和GH4742；镍基铸造合金 K4169、K435、K446、K452、K447、K445；钴基高温合金 K640S；BC 合金 K444；定向凝固高温合金 DZ417G、DZ483、DZ444G；单晶高温合金 DD444、DD417G、DD483；低膨胀高温合金 GH2903 等 20 多个牌号[5]。
1.1.4高温合金的应用
高温合金在能源工业领域中的应用在以下几个方面：1.在电力工业中的应用，其中分为煤电领域，气电领域，核电领域。2.油漆开采用高温合金，3.在煤的气化领域，4.节能减排领域，其中有烟气轮机用高温合金和增压涡轮用高温合金[6]。
1.2 单晶高温合金
1.2.1 单晶高温合金概述
用定向凝固工艺消除所有晶界的高温合金称为单晶高温合金，单晶高温合金最主要的用途是制作先进航空发动机的涡轮叶片和导向叶片，或者带有复杂型腔的空心涡轮叶片和导向叶片，整个叶片就是一个单晶体。20世纪60年代中期，单晶高温合金与定向凝固柱晶合金几乎同时诞生。但由于单晶合金与含Hf的定向柱晶合金相比，力学性能没有明显优越性，而且单晶合金合格率低，成本高，因而实际使用受到限制，没有获得应有发展。20世纪70年代中期文献报导了Mar-M200+Hf合金的持久强度随合金中细小γ’相增加而提高,而增加细小γ’相的有效措施就是使用很高的固溶处理温度。根据此发现，合乎逻辑地去掉单晶合金中的晶界强化元素C，B，Zr和Hf，会带来合金初熔温度的提高，并大幅度增加Ta的含量，从而可以大幅度提高固溶处理温度度，是初生γ’相完全溶解，使后期时效析出的细小γ’相的数量达到最多，以显著提高合金的蠕变断裂性能。由此原理发展成功承温能力比定向柱晶合金PWA1422高25-50℃的单晶合金PWA1480，并制成涡轮叶片用于JT9D-7R4和PW2037等当时的6种先进的军用和民用航空发动机。从此，单晶高温合金的发展突飞猛进，进入了一个高速发展的新时期。先进工业国家都发展了自己的单晶合金牌号，相继研制成功Rene4，CMSX-2/3，SRR99，AM1等单晶高温合金，其力学性能水平与PWA1480属同一级别，都是第一代单晶高温合金。以后又相继发展了第二代、第三代、第四代甚至第五代单晶高温合金。第一代单晶合金不含稀贵金属Re，第二代和第三代单晶合金以含3%Re和6%Re为主要特征，第四代和第五代以加入Ru或其他Pt族元素为特色[10]。