铁基高温合金（用于航空等行业的高温结构材料）

正文

以铁为基体、含一定量铬和镍的奥氏体合金, 属高温合金的一种，在600～800℃条件下具有一定的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀的能力。

发展过程  铁基高温合金是从奥氏体不锈钢发展起来的。40年代，发现在18-8型不锈钢中加入钼、铌、钛等元素可提高这种钢在500～700℃条件下的持久强度，从而制成以美国牌号 16-25-6(Fe-25Ni-16Cr-6Mo)为代表的加工硬化型奥氏体耐热钢。为了适应航空工业对耐高温材料的需要，发展出一系列沉淀强化型Fe-Ni-Cr系、Fe-Ni-Co-Cr系高温合金，如A286、Incoloy 901等。第二次世界大战期间，德、日等国迫于战争需要和镍资源缺乏，发展出Fe-Cr-Mn系、Fe-Ni-Cr-Mn系高温合金。这样就逐步形成铁基高温合金系列。50年代，美国为节约镍资源还研制出无镍的AF-71(Fe-Cr-Mn系)合金，用于制造燃气轮机部件。中国结合本国资源条件，于50年代末开始研制铁基合金，发展出一系列Fe-Ni-Cr系固溶强化型、沉淀强化型的高温合金，如GH140、GH130、GH135、K13、K14等。

成分和性能  铁基高温合金中的镍是形成和稳定奥氏体的主要元素，并在时效处理过程中形成Ni3(Ti、Al)沉淀强化相。铬主要用来提高抗氧化性、抗燃气腐蚀性。钼、钨用来强化固溶体。铝、钛、铌用于沉淀强化。碳、硼、锆等元素则用于强化晶界。铁基高温合金按制造工艺可分为变形高温合金和铸造高温合金，按强化方式可分为加工硬化型、固溶强化型和沉淀强化型高温合金（见金属的强化）。一些典型的铁基高温合金的成分和性能见表。图1为一些铁基高温合金的屈服强度曲线。

铁基高温合金

铁基高温合金

组织  铁基高温合金的基体为奥氏体，主要的沉淀强化相有γ'【Ni3(Ti、Al)】和γ"(Ni3Nb)相两类。此外，还有微量碳化物、硼化物、Laves（如Fe2Mo)相和δ相等。与镍基高温合金组织相比，铁基合金中相组织较复杂，稳定性较差，容易析出η(如Ni3Ti)、

σ

合金的热处理主要是固溶处理和时效处理，以获得合适的晶粒度，分布合理和大小适宜的强化相，有利的晶界状态，使合金具有良好的综合性能。例如，用于制造涡轮盘件的材料，晶粒度一般在4～5级；γ'相大小约为100～500┱,均匀分布于基体；晶界有分布均匀的球化了的析出相（如碳化物、Laves相等）。

用途

铁基高温合金是中等温度 (低于800℃)条件下使用的重要材料，具有较好的中温力学性能和良好的热加工塑性，合金成分比较简单，成本较低。主要用于制作航空发动机和工业燃气轮机上涡轮盘，也可制作导向叶片、涡轮叶片、燃烧室，以及其他承力件、紧固件等。另一用途是制作柴油机上的废气增压涡轮。由于沉淀强化型铁基合金的组织不够稳定，抗氧化性较差，高温强度不足，因而铁基合金不能在更高温度条件下应用。