先进难焊材料的连接课件

材料连接新技术先进难焊材料的连接先进难焊材料的连接材料连接新技术先进难焊材料的连接1主要内容先进材料的概述先进材料的概述先进连接技术的概述先进连接技术的概述塑料的连接塑料的连接高温合金的连接高温合金的连接陶瓷的连接陶瓷的连接复合材料的连接复合材料的连接功能材料的连接功能材料的连接其它先进连接技术其它先进连接技术主要内容先进材料的概述2教学目的了解新型了解新型(先进先进)材料的研究与发展概况，掌握其成材料的研究与发展概况，掌握其成分、组织、性能等特点，重点掌握各类新型材料的分、组织、性能等特点，重点掌握各类新型材料的冶金连接性能及连接工艺特点。冶金连接性能及连接工艺特点。了解各种材料连接的新兴技术的现状及发展趋势，了解各种材料连接的新兴技术的现状及发展趋势，掌握其基本理论及技术方面的有关知识，分析和解掌握其基本理论及技术方面的有关知识，分析和解决先进材料在连接过程中出现的各种焊接问题，能决先进材料在连接过程中出现的各种焊接问题，能够结合具体材料选择合适的连接方法。够结合具体材料选择合适的连接方法。教学目的了解新型(先进)材料的研究与发展概况，掌握其成分、组3第一章 先进材料的概述先进先进(新型新型)材料的分类和特点材料的分类和特点先进先进(新型新型)材料的应用及发展材料的应用及发展第一章先进材料的概述先进(新型)材料的分类和特点41.1 先进材料的特点及分类1.1.1基本概念基本概念材材料：料：人类可接受、能经济地制造有用器件人类可接受、能经济地制造有用器件（或物品）的物质。（或物品）的物质。先进材料：先进材料：具有比传统钢铁材料和有色金属材料具有比传统钢铁材料和有色金属材料更加优异的性能，能够满足高新技术发展需要的一更加优异的性能，能够满足高新技术发展需要的一类工程材料，如高技术陶瓷、金属间化合物、复合类工程材料，如高技术陶瓷、金属间化合物、复合材料等。材料等。指那些新近开发或正在开发的具有优指那些新近开发或正在开发的具有优异性能和特殊用途的材料。异性能和特殊用途的材料。1.1先进材料的特点及分类1.1.1基本概念先进5按照材料属性划分按照材料属性划分1.1.2 先进材料的分类先进金属材料先进金属材料无机非金属材料无机非金属材料有机高分子材料有机高分子材料先进复合材料先进复合材料按照材料属性划分1.1.2先进材料的分类先进金属材料6按材料的使用性能分按材料的使用性能分结构材料：结构材料：利用材料的力学和理化利用材料的力学和理化性能，以满足高强度、高刚度、高性能，以满足高强度、高刚度、高硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求的材料。照等性能要求的材料。功能材料：功能材料：利用材料具有的电、磁、利用材料具有的电、磁、声、光、热等效应，以实现某种功声、光、热等效应，以实现某种功能的材料，如超导材料、磁性材料、能的材料，如超导材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和光敏材料、热敏材料、隐身材料和核材料等。核材料等。按材料的使用性能分结构材料：利用材料的力学和理化性能，以满足7 工程中经常涉及的先进材料主要包括：工程中经常涉及的先进材料主要包括：先进陶瓷先进陶瓷金属间化合物金属间化合物高温合金高温合金复合材料复合材料这些材料的一个共同特点是这些材料的一个共同特点是强度和硬度高强度和硬度高，塑性和韧性塑性和韧性差差，焊接中极易产生，焊接中极易产生裂纹裂纹，采用常规的焊接方法很难对这类，采用常规的焊接方法很难对这类材料进行焊接。材料进行焊接。工程中经常涉及的先进材料主要包括：8主要特点：与高技术密切相关主要特点：与高技术密切相关1.1.3 先进材料的特点从先进材料的合成和制造看，往往是利用了一些通从先进材料的合成和制造看，往往是利用了一些通过高技术获得的过高技术获得的极端条件极端条件作为必要手段。作为必要手段。(例如：超例如：超高压、超高真空、极低温、超高速冷却以及超高纯高压、超高真空、极低温、超高速冷却以及超高纯度等度等)先进材料的研究与发展与先进材料的研究与发展与计算机技术和先进的自动计算机技术和先进的自动控制技术控制技术的发展和应用密切相关。的发展和应用密切相关。先进材料的先进材料的质量要求往往是非常苛刻的质量要求往往是非常苛刻的(例如超微量例如超微量的杂质以及原子级的缺陷等的杂质以及原子级的缺陷等)先进先进材料本身就是高技术的一部分材料本身就是高技术的一部分，属于技术密集，属于技术密集程度高和保密性强的产业。程度高和保密性强的产业。主要特点：与高技术密切相关1.1.3先进材料的特点先进材料9各种先进材料的性能特点：先进陶瓷材料先进陶瓷材料金属间化合物金属间化合物高温合金高温合金钛及钛合金钛及钛合金复合材料复合材料超导材料超导材料各种先进材料的性能特点：先进陶瓷材料101.2先进材料的发展通过控轧、控冷、控制杂质含量以及多元微合金等措施通过控轧、控冷、控制杂质含量以及多元微合金等措施 生产出了高强度、高韧性和抗裂性能好的新型高强度钢生产出了高强度、高韧性和抗裂性能好的新型高强度钢1.2.1先进金属结构材料先进金属结构材料通过定向结晶、单晶化和微晶化等控制凝固过程的技术通过定向结晶、单晶化和微晶化等控制凝固过程的技术来获得常规凝固条件下得不到的控制结晶结构的高级合来获得常规凝固条件下得不到的控制结晶结构的高级合金金通过快速冷却，可以细化晶粒获得微晶和纳米晶，也能通过快速冷却，可以细化晶粒获得微晶和纳米晶，也能使金属中合金元素的偏析大大降低，提高合金化程度不使金属中合金元素的偏析大大降低，提高合金化程度不致于产生脆性相，同时还可以生产出新的合金成分高于致于产生脆性相，同时还可以生产出新的合金成分高于平衡状态的固溶体材料，显著提高合金的性能。平衡状态的固溶体材料，显著提高合金的性能。1.2先进材料的发展通过控轧、控冷、控制杂质含量以及多11纯钛的形态纯钛的形态海绵钛海绵钛纯钛的形态海绵钛12 主要是根据航空航天等高新技术领域的需求发展起主要是根据航空航天等高新技术领域的需求发展起来的一类综合性能优异的耐热热塑性工程塑料。来的一类综合性能优异的耐热热塑性工程塑料。1.2.2高性能工程塑料高性能工程塑料(特种工程塑料特种工程塑料)特种工程塑料特种工程塑料 (美美Highperformanceplsatics;日日SuperEngineeringplastics)的特点的特点：具有具有优异的耐热性优异的耐热性，热变形温度在热变形温度在200200以上以上，长期长期使用温度在使用温度在150150以上以上，且，且具有一定机械强度具有一定机械强度的聚合物。的聚合物。主要是根据航空航天等高新技术领域的需求发展13 电喷发动机油泵叶轮电喷发动机油泵叶轮 发动机水泵叶轮发动机水泵叶轮 电喷发动机油泵叶轮发动机水泵叶轮14组成：组成：SiO2Al2O3MgOSi3N4SiCZrO2粉末制备工艺：机械粉碎粉末制备工艺：机械粉碎物理化学方法制备超细粉末物理化学方法制备超细粉末烧结方法：大气烧结烧结方法：大气烧结在控制气氛中的热压烧结在控制气氛中的热压烧结热等静压烧结热等静压烧结微波烧结微波烧结1.2.3先进陶瓷材料先进陶瓷材料组成：SiO2Al2O3MgOSi315先进难焊材料的连接课件16氮化硅陶瓷刀具氮化硅陶瓷刀具-Al2O3与与-Al2O3交替涂交替涂层的刀具的刀具氮化硅陶瓷刀具-Al2O3与-Al2O3交替涂层的刀具17先进难焊材料的连接课件18复合材料：以一种材料为基体，另一种材料为增强复合材料：以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料，各种材料在性能上互相取长补体组合而成的材料，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。组成材料而满足各种不同的要求。1.2.4先进复合材料先进复合材料6000年前人类就已经会用稻年前人类就已经会用稻草加粘土作为建筑复合材料。水草加粘土作为建筑复合材料。水泥复合材料已方法应用于高楼大泥复合材料已方法应用于高楼大厦和河堤大坝等的建筑，发挥着厦和河堤大坝等的建筑，发挥着极为重要的作用。极为重要的作用。燕子窝：泥土燕子窝：泥土-草复合材料草复合材料复合材料：以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料19先进难焊材料的连接课件20B787材料分布材料分布B787材料分布21材料连接新技术先进连接技术概述 第二章材料连接新技术第二章先进连接技术概述22主要内容材料连接的原理与分类材料连接的原理与分类现代焊接技术的发展历程现代焊接技术的发展历程先进的材料连接技术先进的材料连接技术主要内容材料连接的原理与分类23一。材料连接的原理及分类一。材料连接的原理及分类材料连接是通过适当的材料连接是通过适当的手段手段，使两个或两个以上分离的，使两个或两个以上分离的固态固态物体物体产生形成一个整体，从而实现产生形成一个整体，从而实现物理量物理量的传导。的传导。主要连接方法主要连接方法胶接钎接一。材料连接的原理及分类材料连接是通过适当的手段，使两个或两24焊接与机械连接焊接与机械连接（如螺纹连接、铆接等）比较比较强度高，密封性好，接头重量轻，加工简单，节约材料。先进连接技术的特征：先进连接技术的特征：接头的质量要好生产效率高节约材料与能源操作便捷一。材料连接的原理及分类一。材料连接的原理及分类焊接与机械连接（如螺纹连接、铆接等）比较强度高，先进连接技术25焊接在实际生活中扮演着重要的角色一。材料连接的原理及分类一。材料连接的原理及分类焊接在实际生活中扮演着重要的角色一。材料连接的原理及分类261.焊接的原理焊接的原理固体是依靠键作用结合在一起的。以金属材料为例，固体是依靠键作用结合在一起的。以金属材料为例，结合力为金属键。结合力为金属键。根据双原子模型，两个原子之根据双原子模型，两个原子之间的结合力取决于二者之间的间的结合力取决于二者之间的引力和斥力；原子间距离为引力和斥力；原子间距离为r*时的结合力（引力）最大，大时的结合力（引力）最大，大于和小于于和小于r*时，结合力均显著时，结合力均显著减小。减小。双原子相互作用模型双原子相互作用模型1.焊接的原理固体是依靠键作用结合在一起的。以金属材料为例272.焊接的条件焊接的条件从理论上讲，要达到焊接的目的，只须使两个工件从理论上讲，要达到焊接的目的，只须使两个工件表面表面紧密接触，两个表面的原子间相距接近紧密接触，两个表面的原子间相距接近r*即可。即可。实际上，即使经过精密加工的金属表面，从微观上也是存实际上，即使经过精密加工的金属表面，从微观上也是存在凸凹不平。同时金属表面常伴有氧化膜、杂质原子吸附在凸凹不平。同时金属表面常伴有氧化膜、杂质原子吸附以及水分、有机物吸附层，这些都会妨碍金属表面的紧密以及水分、有机物吸附层，这些都会妨碍金属表面的紧密接触。接触。为了使金属表面紧密接触，就需要能量，有两种形式：压力为了使金属表面紧密接触，就需要能量，有两种形式：压力和热量。和热量。2.焊接的条件从理论上讲，要达到焊接的目的，只须使两个工件28压力压力可以破坏接触表面的氧化膜，使待连接处发生局部可以破坏接触表面的氧化膜，使待连接处发生局部塑性变性，增加有效接触面积；塑性变性，增加有效接触面积；热量热量可以使接触处金属达到塑性变形或熔化状态，并使可以使接触处金属达到塑性变形或熔化状态，并使该处的氧化膜迅速分解，并增加原子的振动能，促进扩该处的氧化膜迅速分解，并增加原子的振动能，促进扩散、化学反应、再结晶和结晶等物理化学反应。散、化学反应、再结晶和结晶等物理化学反应。每种金属实现焊接所必须的温度每种金属实现焊接所必须的温度和压力之间存在一定的关系，温和压力之间存在一定的关系，温度越高需要的压力越小，熔化焊度越高需要的压力越小，熔化焊接可以不需要压力。接可以不需要压力。压力可以破坏接触表面的氧化膜，使待连接处发生局部塑性变性，增29金属材料焊接又可以表述成：通过金属材料焊接又可以表述成：通过加热加热、或、或加压加压，或，或二二者并用者并用，使分离的两种或两种以上的材料（同种或异种），使分离的两种或两种以上的材料（同种或异种）接触处原子扩散、再结晶、化学反应和结晶等过程，从接触处原子扩散、再结晶、化学反应和结晶等过程，从而形成共同晶粒的过程。而形成共同晶粒的过程。Weldingisaprocessofmetaljoiningbyapplyingheatandsometimepressure.金属材料焊接又可以表述成：通过加热、或加压，或二者并用，使分30通过加热和加压提供焊接能量外，还必须注意，金属表面通过加热和加压提供焊接能量外，还必须注意，金属表面的氧化物一旦去除，就要避免在焊接过程中再次形成表面的氧化物一旦去除，就要避免在焊接过程中再次形成表面膜，特别是氧化物。因此几乎每一种焊接工艺都要在焊接膜，特别是氧化物。因此几乎每一种焊接工艺都要在焊接过程中排除大气，即过程中排除大气，即对焊接区域进行保护。对焊接区域进行保护。焊接保护的方法很多，可以使用焊剂、保护气氛或者在真焊接保护的方法很多，可以使用焊剂、保护气氛或者在真空中操作。空中操作。另一个焊接要求就是另一个焊接要求就是控制焊接冶金控制焊接冶金。焊接冶金包括物理冶金。焊接冶金包括物理冶金和化学冶金，物理冶金如原子的扩散，晶界迁移，熔化结晶；和化学冶金，物理冶金如原子的扩散，晶界迁移，熔化结晶；化学冶金包括焊接区域的气氛化学冶金包括焊接区域的气氛-焊渣焊渣-液态金属液态金属-高温固态金高温固态金属间的各种化学反应。属间的各种化学反应。通过加热和加压提供焊接能量外，还必须注意，金属表面的氧化物一31总之，焊接连接必须满足四个方面的要求：总之，焊接连接必须满足四个方面的要求：v 通过加压或加热提供必须的能量；通过加压或加热提供必须的能量；v 去除表面的氧化物；去除表面的氧化物；v 避免大气污染；避免大气污染；v 控制焊接冶金。控制焊接冶金。总之，焊接连接必须满足四个方面的要求：通过加压或加热提供必323、焊接技术的分类、焊接技术的分类第一层次，按第一层次，按接缝处是否熔化接缝处是否熔化将焊接方法划分为三大将焊接方法划分为三大类，即熔化焊、固相焊和钎焊。类，即熔化焊、固相焊和钎焊。第二层次，按第二层次，按能源种类能源种类细分为电弧焊、电阻焊、气焊、细分为电弧焊、电阻焊、气焊、铝热焊、摩擦焊等类。铝热焊、摩擦焊等类。第三层次，按第三层次，按保护方式保护方式等分为无保护、真空、气保护等分为无保护、真空、气保护等方法。等方法。3、焊接技术的分类第一层次，按接缝处是否熔化将焊接方法划分为33主要材料连接方法具体分类焊接焊接固相焊钎焊钎焊熔化焊熔化焊电焊电焊 化学能焊化学能焊高能束焊高能束焊 非熔化极非熔化极 熔化极熔化极 电阻焊电阻焊 冷压焊冷压焊摩擦焊摩擦焊 扩散焊扩散焊闪光焊闪光焊超声焊超声焊爆炸焊爆炸焊气电焊气电焊 焊条焊焊条焊埋弧焊埋弧焊药芯焊药芯焊 电渣焊电渣焊钨极氩弧焊钨极氩弧焊等离子弧焊等离子弧焊激光焊激光焊电子束焊电子束焊主要材料连接方法具体分类焊接固相焊钎焊熔化焊电焊化学能焊高34焊接技术的命名焊接技术的命名按照如下顺序：按照如下顺序：1）保护的方式；）保护的方式；2）热源或能量源的种类；）热源或能量源的种类；3）接头类型。）接头类型。氩气保护钨极电弧焊、真空电子束焊、氩气保护钨极电弧焊、真空电子束焊、电阻点焊等电阻点焊等如：如：焊接技术的命名按照如下顺序：1）保护的方式；氩气保护钨极电弧35焊接方法名称通常可以简略说焊接方法名称通常可以简略说，如，如二氧化碳焊二氧化碳焊二氧化碳气体保护电弧焊；二氧化碳气体保护电弧焊；手弧焊手弧焊手工药皮焊条电弧焊等。手工药皮焊条电弧焊等。这些加工往往伴随焊接与连接；这些加工往往伴随焊接与连接；使用的设备相同或相似。使用的设备相同或相似。与焊接相近的加工技术与焊接相近的加工技术，如堆焊、喷镀、热切割等。，如堆焊、喷镀、热切割等。焊接方法名称通常可以简略说，如二氧化碳焊二氧化碳气体保护36二。焊接的发展历程二。焊接的发展历程焊接是一门新兴的同时又是一门古老的技术。焊接是一门新兴的同时又是一门古老的技术。从历史上说，它在从历史上说，它在3000年以前就有记载，但真正成为年以前就有记载，但真正成为一门重要的制造技术，是一门重要的制造技术，是最近百年的事。最近百年的事。二。焊接的发展历程焊接是一门新兴的同时又是一门古老的技术。37焊接发展历程大致分成三个阶段：焊接发展历程大致分成三个阶段：第一次工业革命第一次工业革命前，以炭火加热的锻焊、钎焊等为前，以炭火加热的锻焊、钎焊等为代表；代表；第一次工业革命到二次世界大战前，以手工电弧焊第一次工业革命到二次世界大战前，以手工电弧焊和电阻焊等为代表；和电阻焊等为代表；二次世界大战后，以气电焊、激光焊等为代表。二次世界大战后，以气电焊、激光焊等为代表。焊接发展历程大致分成三个阶段：第一次工业革命前，以炭火加热的38锻焊在古代锻焊曾是金属连接的唯一方式。在古代锻焊曾是金属连接的唯一方式。锻焊在古代锻焊曾是金属连接的唯一方式。39电焊电阻焊电阻焊1856年，年，JamesJoule首次成功用电阻加热法对一捆铜丝进首次成功用电阻加热法对一捆铜丝进行了熔化焊接。行了熔化焊接。1886年，年，ElihuThomson制造了首台焊接变压器，随后又发制造了首台焊接变压器，随后又发明了点焊机、缝焊机、凸焊机以及闪光对焊机。明了点焊机、缝焊机、凸焊机以及闪光对焊机。1964年，年，Unimation生产的首批用于电阻点焊的机器人在通生产的首批用于电阻点焊的机器人在通用汽车公司使用。目前仍广泛应用于汽车工业和对其它许用汽车公司使用。目前仍广泛应用于汽车工业和对其它许多金属片的焊接上。多金属片的焊接上。电焊电阻焊1856年，JamesJoule首次成功用电阻40汽车车体焊接装配生产线汽车车体焊接装配生产线汽车车体焊接装配生产线41电弧焊电弧焊l1810年年，HumphreyDavy在电路的两极造了一个稳定的在电路的两极造了一个稳定的电弧电弧电弧焊的基础。电弧焊的基础。l1881年，年，NikolaiBenardos在碳极和工件间产生了电弧，在碳极和工件间产生了电弧，金属棒或金属丝可以送进这个电弧并熔化。金属棒或金属丝可以送进这个电弧并熔化。l1890年，年，Benardos进一步完善了这一焊接法，用金属棒进一步完善了这一焊接法，用金属棒代替碳棒作为电极，焊接过程中电极熔化，充当热源和填代替碳棒作为电极，焊接过程中电极熔化，充当热源和填充金属。充金属。l1907年年，OscarKjellberg发明了涂层焊条，使焊缝质量显发明了涂层焊条，使焊缝质量显著改善，电焊技术得到突破。著改善，电焊技术得到突破。1919世纪末以前没有出现电焊的原因之一就是缺乏合适的电源。世纪末以前没有出现电焊的原因之一就是缺乏合适的电源。电弧焊1810年，HumphreyDavy在电路的42先进难焊材料的连接课件43一战期间，舰船等装备的需求刺激了一批廉一战期间，舰船等装备的需求刺激了一批廉价、快捷的焊接技术的发展；价、快捷的焊接技术的发展；二战期间，航空业有色金属（镁、铝）连接二战期间，航空业有色金属（镁、铝）连接的需求刺激了新的焊接技术的产生。的需求刺激了新的焊接技术的产生。一战期间，舰船等装备的需求刺激了一批廉价、快捷的焊接技术的发44焊接技术的发展历史焊接技术的发展历史1908电渣焊电渣焊ESW；俄罗斯美国乌克兰；俄罗斯美国乌克兰1909等离子焊接等离子焊接PAW；德国美国德国美国1920钨极惰性气体保护电弧焊钨极惰性气体保护电弧焊TIG，GMAW；美国美国1930螺柱焊；美国螺柱焊；美国1930熔化极惰性气体保护电弧焊熔化极惰性气体保护电弧焊MIG；美国美国1930埋弧焊埋弧焊SAW；美国美国1953活性气体保护电弧焊活性气体保护电弧焊MAG，GMAW；俄罗斯俄罗斯1970激光焊接激光焊接LBW；英国英国1991搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊FSW英国英国焊接技术的发展历史1908电渣焊ESW；俄罗斯美国乌克兰45三。先进的材料连接技术三。先进的材料连接技术激光焊接激光焊接电子束焊接电子束焊接扩散连接技术扩散连接技术三。先进的材料连接技术激光焊接46激光加工技术在汽车中的应用激光加工技术在汽车中的应用激光加工技术在汽车中的应用47光束参数积与激光功率决定加工范围光束参数积与激光功率决定加工范围光束参数积与激光功率决定加工范围48先进难焊材料的连接课件49先进难焊材料的连接课件50固态扩散固态扩散连接连接扩散连接扩散连接加中间层的扩散连接加中间层的扩散连接不加中间层的扩散连接不加中间层的扩散连接真空扩散连接真空扩散连接气体保护扩散连接气体保护扩散连接溶剂保护扩散连接溶剂保护扩散连接烧结扩散连烧结扩散连接接瞬时液相瞬时液相扩散连接扩散连接超塑性成形超塑性成形扩散连接扩散连接扩散连接固态扩散连接扩散连接加中间层的扩散连接不加中间层的扩散连接真51材料连接新技术塑料连接 第三章材料连接新技术第三章塑料连接52主要内容塑料概论塑料概论塑料焊接的原理及影响因素塑料焊接的原理及影响因素塑料焊接方法塑料焊接方法主要内容塑料概论531.塑料的概念塑料的概念塑料：一种以塑料：一种以高分子合成树脂高分子合成树脂为主要成分，以为主要成分，以增塑剂增塑剂、填充剂填充剂、润滑剂润滑剂、着色剂着色剂等添加剂为辅料等添加剂为辅料成分的材料。它在一定的温度和压力下，塑制成不同形状的型材或制品，外力解除后在常温下成分的材料。它在一定的温度和压力下，塑制成不同形状的型材或制品，外力解除后在常温下仍能保持不变的形状。仍能保持不变的形状。1.塑料的概念第一节塑料概论54增塑剂：增塑剂：可增加塑料的可塑性和柔软性，降低脆性，使塑料易于加工成型。可增加塑料的可塑性和柔软性，降低脆性，使塑料易于加工成型。例如生产聚氯乙烯塑料时，若加入较多的增塑剂便可得到软质聚氯乙烯塑料，例如生产聚氯乙烯塑料时，若加入较多的增塑剂便可得到软质聚氯乙烯塑料，若不加或少加增塑剂若不加或少加增塑剂(用量用量 50%，可在，可在7001000温度范围内使用。温度范围内使用。优点：优点：镍基高温合金可溶解较多的元素，具有较好的组织稳定性，高镍基高温合金可溶解较多的元素，具有较好的组织稳定性，高温强度较高，温强度较高，比铁基高温合金有更好的抗氧化性和抗腐蚀性。比铁基高温合金有更好的抗氧化性和抗腐蚀性。(1)铁基高温合金(2)镍基高温合金133应用最广、用量最大的是应用最广、用量最大的是镍基高温合金镍基高温合金，常用于制造航空发动机的叶片、涡轮盘和燃烧室等。，常用于制造航空发动机的叶片、涡轮盘和燃烧室等。涡轮喷气发动机内部示意图1压气机；压气机；2燃烧室；燃烧室；3涡轮发动机涡轮发动机应用最广、用量最大的是镍基高温合金，常用于制造航空发动机的叶134国产涡喷-7涡轮喷气发动机及剖视图国产涡喷-7涡轮喷气发动机及剖视图135镍基高温合金主要特点：镍基高温合金主要特点：1、高温强度高：镍基高温合金中的强化相、高温强度高：镍基高温合金中的强化相 数量可高达数量可高达60-70%（体积百分数），因而强化效果（体积百分数），因而强化效果显著。显著。2、组织稳定性高、组织稳定性高：FCC基体，不易产生有害相，基体，不易产生有害相，数量大数量大(可高达可高达70%)且与基体共且与基体共格性好，性能对尺寸的影响不敏感。格性好，性能对尺寸的影响不敏感。3、合金化程度高：、合金化程度高：含有含有Cr、Co、Mo、W、B、Zr、Ta、V、Al、Ti等十多种元素。等十多种元素。起固溶强化、第二相强化、晶界强化等综合强化作用。起固溶强化、第二相强化、晶界强化等综合强化作用。4、耐蚀性好：、耐蚀性好：耐中性、酸性、碱性、氧化及还原介质的腐蚀。耐高温腐蚀和氧化。耐中性、酸性、碱性、氧化及还原介质的腐蚀。耐高温腐蚀和氧化。5、铸造镍基高温合金、铸造镍基高温合金可进一步提高合金化程度，从而具有更高的高温强度。镍基高可进一步提高合金化程度，从而具有更高的高温强度。镍基高温合金的使用温度已接近温合金的使用温度已接近1100。镍基高温合金主要特点：136(3)钴基高温合金钴基高温合金 w Co在在4060的奥氏体高温合金，工作温度可达的奥氏体高温合金，工作温度可达7301100。优点：优点：当温度高于当温度高于980时，其强度很高，抗热疲劳、热腐蚀和耐磨腐时，其强度很高，抗热疲劳、热腐蚀和耐磨腐蚀性都很佳，适合于航空发动机，工业燃气轮机，舰船燃气轮机的导向叶蚀性都很佳，适合于航空发动机，工业燃气轮机，舰船燃气轮机的导向叶片和喷嘴导向叶片以及柴油机的喷嘴等。片和喷嘴导向叶片以及柴油机的喷嘴等。缺点：缺点：一般钴基高温合金含一般钴基高温合金含w Ni=10%22%和和 w Cr=20%30%，以，以及钨、钼、钽、铌等固溶强化和碳化物形成元素，其含碳量较高，是以碳及钨、钼、钽、铌等固溶强化和碳化物形成元素，其含碳量较高，是以碳化物为主要强化相的高温合金，缺少共格类的强化相，中温强度不如镍基化物为主要强化相的高温合金，缺少共格类的强化相，中温强度不如镍基高温合金。高温合金。钴是重要的战略物质，大多数国家缺乏，因此发展受到严重限制。钴是重要的战略物质，大多数国家缺乏，因此发展受到严重限制。(3)钴基高温合金钴是重要的战略物质，大多数国家缺乏，因此137按合金强化类型分：按合金强化类型分：固溶强化型合金固溶强化型合金 时效沉淀强化型合金时效沉淀强化型合金按合金材料成形方式分：按合金材料成形方式分：变形高温合金：饼、棒、板、环形件、管、带和丝变形高温合金：饼、棒、板、环形件、管、带和丝 铸造高温合金：普通精密铸造、定向凝固和单晶合金铸造高温合金：普通精密铸造、定向凝固和单晶合金 粉末冶金高温合金：普通和氧化物弥散强化合金粉末冶金高温合金：普通和氧化物弥散强化合金按使用特性：按使用特性：高强度合金、高屈服强度合金、抗松弛合金、低膨胀高强度合金、高屈服强度合金、抗松弛合金、低膨胀合金、抗热腐蚀合金等。合金、抗热腐蚀合金等。按合金强化类型分：1385.提高高温合金性能的途径和方法提高高温合金性能的途径和方法(1)结构强化结构强化1)固溶强化固溶强化加入其它元素，如不同原子尺寸的元素钴、钨、加入其它元素，如不同原子尺寸的元素钴、钨、钼等，引起基体金属的点阵畸变。钨、钼可缓减基体金属扩散；钼等，引起基体金属的点阵畸变。钨、钼可缓减基体金属扩散；钴降低合金基体的堆垛层错能，从而提高合金的高温稳定性。钴降低合金基体的堆垛层错能，从而提高合金的高温稳定性。2)沉淀强化沉淀强化通过高温固溶后淬火时效的方法，使过饱和的通过高温固溶后淬火时效的方法，使过饱和的固溶体中析出共格第二相的固溶体中析出共格第二相的、碳化物等细小颗粒均匀分布、碳化物等细小颗粒均匀分布基体上，产生阻碍位错运动，起到强化作用。基体上，产生阻碍位错运动，起到强化作用。3)晶界强化晶界强化晶界在低温下是位错滑移的阻碍，对于在低温晶界在低温下是位错滑移的阻碍，对于在低温工作的合金，细化晶粒将有利于合金的强度提高。但是晶界在高工作的合金，细化晶粒将有利于合金的强度提高。但是晶界在高温下易发生蠕动，因此在高温下使用的合金希望减少晶界的粗晶温下易发生蠕动，因此在高温下使用的合金希望减少晶界的粗晶结构；另外为了提高晶界的高温强度，采用控制有害杂质，加入结构；另外为了提高晶界的高温强度，采用控制有害杂质，加入微量元素如锆等元素，强化晶界。微量元素如锆等元素，强化晶界。5.提高高温合金性能的途径和方法(1)结构强化139（1）固溶强化）固溶强化高温合金中的主要固溶强化元素有高温合金中的主要固溶强化元素有W、Mo、Co、Nb、Ta等。其主要作用是：等。其主要作用是：a.产生晶格畸变产生晶格畸变b.降低堆垛层错能，使位错运动困难降低堆垛层错能，使位错运动困难c.降低扩散能力。降低扩散能力。（1）固溶强化140（2）第二相强化）第二相强化除少量合金用碳化物强化外，高温合金的主要强化相是除少量合金用碳化物强化外，高温合金的主要强化相是 Ni3(AlTi)，某些高温合金用，某些高温合金用 Ni3(NbTa)强化，主要强强化，主要强化元素是化元素是Al、Ti、Nb、Ta。析出第二相的强化效果与第二相的。析出第二相的强化效果与第二相的本质本质(种类、晶体结构、成分及其与基体的配合程度种类、晶体结构、成分及其与基体的配合程度)、大小、数、大小、数量和稳定性密切相关。量和稳定性密切相关。获得方法：时效析出弥散相、加入难熔弥散相获得方法：时效析出弥散相、加入难熔弥散相（2）第二相强化141（3）晶界强化）晶界强化高温下，晶界参与变形，高温下，晶界参与变形，因而是弱化部位。因而是弱化部位。合金化：合金化：主要晶界强化元素有主要晶界强化元素有B、Zr、Hf、Ce、La、Mg等，等，它们的作用主要是降低晶界能它们的作用主要是降低晶界能量和净化晶界。量和净化晶界。高温下，拉应力使金属高温下，拉应力使金属中垂直晶界的扩散加速中垂直晶界的扩散加速（3）晶界强化高温下，拉应力使金属中垂直晶界的扩散加速142(2)工艺强化工艺强化 1)粉末冶金粉末冶金 高熔点元素钨、钼、钽的加入，凝固时会高熔点元素钨、钼、钽的加入，凝固时会在铸件内部产生偏析，造成组织不均。采用粒度数十至数百微在铸件内部产生偏析，造成组织不均。采用粒度数十至数百微米的合金粉末，经过压制、烧结，成形的零件，可消除偏析，米的合金粉末，经过压制、烧结，成形的零件，可消除偏析，组织均匀，并节省材料，做到既经济又合理。组织均匀，并节省材料，做到既经济又合理。(2)工艺强化143 2)定向凝固定向凝固 由于高温合金中存在多种合金元素，塑性和韧性都由于高温合金中存在多种合金元素，塑性和韧性都很差，通常采用精密铸造工艺成型。铸造结构中的等轴晶粒的晶界，处于很差，通常采用精密铸造工艺成型。铸造结构中的等轴晶粒的晶界，处于垂直于受力方向时，最易产生裂纹。叶片旋转时受的拉应力和热应力，平垂直于受力方向时，最易产生裂纹。叶片旋转时受的拉应力和热应力，平行于叶片的纵轴，行于叶片的纵轴，采用定向凝固工艺形成沿纵轴方向的柱状晶粒，消除垂采用定向凝固工艺形成沿纵轴方向的柱状晶粒，消除垂直于应力方向的晶界，直于应力方向的晶界，可使热疲劳寿命提高可使热疲劳寿命提高10倍以上。通过严格控制陶瓷倍以上。通过严格控制陶瓷壳型冷却梯度方法，做成单晶涡轮叶片，其承温能力比一般铸造方法的材壳型冷却梯度方法，做成单晶涡轮叶片，其承温能力比一般铸造方法的材料承温提料承温提50100，寿命增加，寿命增加4倍。倍。3)快速凝固快速凝固 快速凝固得到的高温合金，快速凝固得到的高温合金，合金的组织细化，偏析合金的组织细化，偏析降低，固溶体基本过饱和度和缺陷增加，降低，固溶体基本过饱和度和缺陷增加，从而改善合金的组织，使前述各从而改善合金的组织，使前述各种强化手段的作用得到充分发挥。原来在一般凝固条件下不能获得良好的种强化手段的作用得到充分发挥。原来在一般凝固条件下不能获得良好的组织，在快速凝固条件下则可获得优良的、非平衡状态组织。在快速凝固组织，在快速凝固条件下则可获得优良的、非平衡状态组织。在快速凝固条件下，由于这些相均匀细小的时效析出或共晶析出而起强化作用。条件下，由于这些相均匀细小的时效析出或共晶析出而起强化作用。2)定向凝固由于高温合金中存在多种合金元素1446.高温合金的应用高温合金的应用(1)航空发动机航空发动机 1)燃烧室燃烧室 部分压缩空气与燃料混合，在燃烧室燃烧，所产生的部分压缩空气与燃料混合，在燃烧室燃烧，所产生的燃气温度在燃气温度在15002000之间。其余的压缩空气在燃烧室周围流动，穿过之间。其余的压缩空气在燃烧室周围流动，穿过室壁的槽孔使室壁保持冷却。燃烧筒合金材料承受温度可达室壁的槽孔使室壁保持冷却。燃烧筒合金材料承受温度可达800900以以上，局部可达上，局部可达1100。冷却空气与燃烧的气体混合，使燃气温度降到。冷却空气与燃烧的气体混合，使燃气温度降到1370以下。可见，以下。可见，燃烧室壁除受高温外，还承受由于内外壁温度不同燃烧室壁除受高温外，还承受由于内外壁温度不同引起的热应力作用。引起的热应力作用。特别是在起飞、加速和停车时，温度变化更为急剧。特别是在起飞、加速和停车时，温度变化更为急剧。由于周期循环加热冷却，热应力可达很大值，冷却孔更易破坏、燃烧室由于周期循环加热冷却，热应力可达很大值，冷却孔更易破坏、燃烧室常出现变形、翘曲、边缘热疲劳裂纹等。常出现变形、翘曲、边缘热疲劳裂纹等。2)导向叶片导向叶片 导向叶片是调整从燃烧室出来的燃气流动方向的部导向叶片是调整从燃烧室出来的燃气流动方向的部件。先进涡轮发动机导向叶片工作温度可高达件。先进涡轮发动机导向叶片工作温度可高达1100，但叶片承受的应，但叶片承受的应力比较低，一般在力比较低，一般在70MPa以下。以下。对材料要求是：高温强度好，热疲劳抗对材料要求是：高温强度好，热疲劳抗力佳，抗氧化、耐蚀性优异，并具有一定的抗冲击强度和组织稳定性。力佳，抗氧化、耐蚀性优异，并具有一定的抗冲击强度和组织稳定性。6.高温合金的应用(1)航空发动机1453)动叶片动叶片动叶片是涡较发动机中工作条件最恶劣的部件。先进航动叶片是涡较发动机中工作条件最恶劣的部件。先进航空发动机的燃气进口温度已达空发动机的燃气进口温度已达1380，推力达，推力达226kN。涡轮叶片承受气。涡轮叶片承受气动力和离心力的作用，叶身部分承受拉应力大约动力和离心力的作用，叶身部分承受拉应力大约140MPa；叶根部分承受；叶根部分承受平均应力为平均应力为280560MPa，相应的叶身承受温度为，相应的叶身承受温度为650980，叶根部分，叶根部分约为约为760。因此，。因此，动叶片材料要具有足够的高温拉伸强度、持久强度和动叶片材料要具有足够的高温拉伸强度、持久强度和蠕变强度，要有良好的疲劳强度及抗氧化、耐燃气腐蚀性能和适当的塑蠕变强度，要有良好的疲劳强度及抗氧化、耐燃气腐蚀性能和适当的塑性。此外，还要求长期组织稳定性、良好的抗冲击强度，可铸性及较低性。此外，还要求长期组织稳定性、良好的抗冲击强度，可铸性及较低的密度。的密度。4)涡轮盘涡轮盘航空发动机涡轮盘工作温度在航空发动机涡轮盘工作温度在760左右，轮缘部分可左右，轮缘部分可达此温度，而径向盘心温度逐渐降低，一般在达此温度，而径向盘心温度逐渐降低，一般在300左右。轮盘正常运转左右。轮盘正常运转时，盘子带着叶片、高速旋转产生很大的离心力。停车、起动反复进行，时，盘子带着叶片、高速旋转产生很大的离心力。停车、起动反复进行，形成形成周期疲劳周期疲劳。3)动叶片动叶片是涡较发动机中工作条件最恶146(2)火箭发动机火箭发动机气体发生器处于约气体发生器处于约1050的温度下，由喷嘴中喷出的气体的速度约为的温度下，由喷嘴中喷出的气体的速度约为2500m/s。气体靠近嘴壁处的温度约为。气体靠近嘴壁处的温度约为1350。图图8 液体燃料火箭发动机示意图液体燃料火箭发动机示意图1-喷嘴喷嘴2-燃烧室燃烧室3-混合带混合带4-喷喷射器射器5-主气门主气门6-气体发生器气体发生器7-涡轮机涡轮机8-透平泵透平泵9-氧化剂氧化剂10-压缩气压缩气11-燃料燃料12-涂料涂料13，14-金属金属15-冷却剂冷却剂16-气体气体(约约2500m/s)(2)火箭发动机图8液体燃料火箭发动机示意图1-喷嘴147 燃料箱、泵传送器所用材料，燃料箱、泵传送器所用材料，特别需要化学稳定性特别需要化学稳定性。液态氟以及作为。液态氟以及作为氧化剂的发烟硝酸和四氧化氮，具有特别强烈的侵蚀性，除了在氧化剂的发烟硝酸和四氧化氮，具有特别强烈的侵蚀性，除了在1000以以上的工作温度下出于腐蚀而引起的问题之外，流过的气态燃烧产物也产生上的工作温度下出于腐蚀而引起的问题之外，流过的气态燃烧产物也产生冲蚀性。冲蚀性。火箭启动时，在火箭启动时，在12s内，其加速度是内，其加速度是5-6倍于地球的引力加速度，由倍于地球的引力加速度，由于加速度增高引起的高度过载，会对材料施加非常巨大的机械负荷，尽管于加速度增高引起的高度过载，会对材料施加非常巨大的机械负荷，尽管元件所受应力是短时的，但元件所受应力是短时的，但由于其载荷的大小和方向急剧地发生变化，往由于其载荷的大小和方向急剧地发生变化，往往会引起疲劳断裂。往会引起疲劳断裂。火箭本身重量必须尽可能的小，因此，火箭本身重量必须尽可能的小，因此，金属材料的比金属材料的比强度强度在火箭制造中具有特别重要的意义。在火箭制造中具有特别重要的意义。弹道火箭进入大气层时，热流量为弹道火箭进入大气层时，热流量为1000025000kcal/(m2s)，它在短，它在短时间内，引起巨大的温度梯度，长时间作用则会建立起平衡温度。时间内，引起巨大的温度梯度，长时间作用则会建立起平衡温度。对金属对金属材料的耐热性有特殊的要求。材料的耐热性有特殊的要求。燃料箱、泵传送器所用材料，特别需要化学稳定性。148(3)燃气轮机燃气轮机航空发动机的燃气轮机材料要求航空发动机的燃气轮机材料要求在较高温度下，具有较高的持久强度在较高温度下，具有较高的持久强度和塑性变形等特点，和塑性变形等特点，而使用期限较短；商船和热力机车上的燃气轮机装置而使用期限较短；商船和热力机车上的燃气轮机装置使用时间考虑在使用时间考虑在100000h之内；军用舰艇上的燃气轮机装置使用时间考虑之内；军用舰艇上的燃气轮机装置使用时间考虑1000050000h。燃气轮机中的螺栓，有时必须在高达燃气轮机中的螺栓，有时必须在高达600750的温度下工作。对紧的温度下工作。对紧固螺栓材料的主要要求是固螺栓材料的主要要求是高温时应具有高的屈服强度和抗松弛性能高温时应具有高的屈服强度和抗松弛性能。为了。为了使连接的零件可以自由膨胀和减少温差应力，螺栓和连接零件的材料应具使连接的零件可以自由膨胀和减少温差应力，螺栓和连接零件的材料应具有相同的热膨胀性能。有相同的热膨胀性能。(3)燃气轮机149(4)汽油及柴油发动机汽油及柴油发动机1)排气阀排气阀工作温度一般为工作温度一般为600800，最高可达，最高可达850以上。由于以上。由于气阀的高速运动和频繁的启动，出现气阀的高速运动和频繁的启动，出现机械疲劳和冷热疲劳机械疲劳和冷热疲劳。另外，汽车发。另外，汽车发动机排气阀要求动机排气阀要求抗抗PbO腐蚀腐蚀(汽油中加入乙基铅、溴化铅等抗爆剂汽油中加入乙基铅、溴化铅等抗爆剂);柴油机柴油机排气阀要求排气阀要求抗抗V2O3,，钠和硫的腐蚀，钠和硫的腐蚀(重油中，含钒、硫、钠等重油中，含钒、硫、钠等)。2)烧嘴烧嘴柴油机预燃烧室的烧嘴在柴油机预燃烧室的烧嘴在800900长时间使用，要求长时间使用，要求组织组织性能稳定，抗热循环疲劳性能良好，膨胀系数较低。性能稳定，抗热循环疲劳性能良好，膨胀系数较低。3)热发生器热发生器作为排气净化装置，热发生器作为排气净化装置，热发生器工作温度达工作温度达1000。与排。与排气阀相同，尤其使用高铅汽油，由于铅化合物产生加速氧化；另外，因排气阀相同，尤其使用高铅汽油，由于铅化合物产生加速氧化；另外，因排气中低氧压的缘故，大气中微量的气中低氧压的缘故，大气中微量的SO2和硫酸盐容易引起硫化。和硫酸盐容易引起硫化。(4)汽油及柴油发动机150(5)核工业核工业 1)核包壳核包壳 燃料元件包壳管壁承受燃料元件包壳管壁承受600800高温，且壁又薄，高温，且壁又薄，材料材料必须具有高的蠕变强度必须具有高的蠕变强度。在液体金属冷却反应堆中，包壳受到的应力。在液体金属冷却反应堆中，包壳受到的应力约为约为120150MPa。材料在该条件下会出现严重的塑性变形，而造成燃料。材料在该条件下会出现严重的塑性变形，而造成燃料元件的提前断裂。元件的提前断裂。燃料元件包壳材料外部受冷却剂的侵蚀，内部受燃料的侵蚀，所以作燃料元件包壳材料外部受冷却剂的侵蚀，内部受燃料的侵蚀，所以作为燃料元件包壳为燃料元件包壳材料的耐腐蚀率也有高的要求材料的耐腐蚀率也有高的要求。燃料元件的包壳与燃料的燃料元件的包壳与燃料的化学反应、辐照损坏化学反应、辐照损坏也是可能导致包壳材料也是可能导致包壳材料的重要问题之一，对快速中子增殖反应堆燃料包壳材料具有重要影响的还的重要问题之一，对快速中子增殖反应堆燃料包壳材料具有重要影响的还有高温脆性。有高温脆性。(5)核工业1512)燃料元件定位架燃料元件定位架它处于高温、高压、高通量辐照等苛刻条件下它处于高温、高压、高通量辐照等苛刻条件下工作，工作，要求材料有较好的综合性能要求材料有较好的综合性能。3)高温气体炉高温气体炉将氦气作为冷却介质的反应堆，可获得将氦气作为冷却介质的反应堆，可获得7501000的高温，作为炼铁和化学工业及其他过程的热源。原子能炼铁，就是要利的高温，作为炼铁和化学工业及其他过程的热源。原子能炼铁，就是要利用这种核热能，造成高温还原性气氛。为安全起见，氦用这种核热能，造成高温还原性气氛。为安全起见，氦/氦中间需有换热器，氦中间需有换热器，这种换热器拟采用镍合金。这种换热器拟采用镍合金。2)燃料元件定位架它处于高温、高压、高通量152(6)其他领域其他领域1)煤的气化、液化煤的气化、液化煤气化环境中含有大量有煤气化环境中含有大量有腐蚀性腐蚀性的质点。这些的质点。这些物质与气化器内的金属部件接触，在高温下与氧化膜反应使之破坏，这些物质与气化器内的金属部件接触，在高温下与氧化膜反应使之破坏，这些沉积物还阻碍氧化膜的继续生成。沉积物还阻碍氧化膜的继续生成。在煤汽化中或类似气氛中使用的高温合金有：铁基合金在煤汽化中或类似气氛中使用的高温合金有：铁基合金-N155，RA330，RA333，T63WC，310不锈钢，不锈钢，Fe-18Cr-5AI-Mo-Hf，Fe-18Cr-5AI-Y，MA956E(Fe-19Cr-5AI-0.45Y2O3)；镍基合金；镍基合金-IN617，IN657，IN738，IN739，Kimonic80A；钴基合金；钴基合金-Haynes188，Stellte6B，X-40，Co-Cr-W-1。2)冶金工业冶金工业冶金工业生产过程中的热处理、加热炉、轧钢、炼钢、冶金工业生产过程中的热处理、加热炉、轧钢、炼钢、测量等均离不开测量等均离不开高温过程高温过程，因此不少冶金设备的接触高温的部件需要高温，因此不少冶金设备的接触高温的部件需要高温合金，如传送带、马弗炉和炉子零件、热处理炉的炉底辊、辐射管、高温合金，如传送带、马弗炉和炉子零件、热处理炉的炉底辊、辐射管、高温通风机、压力铸造的压铸模等。通风机、压力铸造的压铸模等。(6)其他领域1533)石油化工石油化工石油化工管式裂解炉，管内通以裂解原料，管外用液石油化工管式裂解炉，管内通以裂解原料，管外用液体燃料或气体燃料燃烧所发出的热量来加热管外壁。通过管壁的传热，将体燃料或气体燃料燃烧所发出的热量来加热管外壁。通过管壁的传热，将热量传递给管内的反应物料。裂解反应温度较高热量传递给管内的反应物料。裂解反应温度较高(约约800)，而管外壁的温，而管外壁的温度更高，这样才能把热量传导到管内去。裂解炉管内是进行强烈吸热的裂度更高，这样才能把热量传导到管内去。裂解炉管内是进行强烈吸热的裂解反应。物料在管中流速大，停留时间短，要在每单位时间、每单位传热解反应。物料在管中流速大，停留时间短，要在每单位时间、每单位传热面对反应物流供给大量热量，因此面对反应物流供给大量热量，因此必须用高热强度及耐高温必须用高热强度及耐高温1000以上的以上的合金。合金。4)搪瓷制品搪瓷制品在日用搪瓷制品生产中，烧成炉用的吊架材质好坏，在日用搪瓷制品生产中，烧成炉用的吊架材质好坏，将直接关系到制品质量。吊架材质必须要求抗氧化、不起皮，将直接关系到制品质量。吊架材质必须要求抗氧化、不起皮，900950温度下不易变形，易加工成形，架间粘瓷不超过温度下不易变形，易加工成形，架间粘瓷不超过2mm，其中，其中GH30效果较效果较好。搪瓷烧成炉需要辐射管，烧气或油的炉均需在辐射管内燃烧，其热量好。搪瓷烧成炉需要辐射管，烧气或油的炉均需在辐射管内燃烧，其热量通过管壁传给烧成炉。该辐射管要求耐高温、抗氧化、耐硫化，并具有一通过管壁传给烧成炉。该辐射管要求耐高温、抗氧化、耐硫化，并具有一定强度和良好工艺性能，目前使用定强度和良好工艺性能，目前使用GH128、GH30等合金。等合金。3)石油化工石油化工管式裂解炉，管内通以裂1547.高温合金的未来高温合金的未来(1)难熔金属合金难熔金属合金 目前使用的高温合金，其使用温度很难突破合金熔点温度的目前使用的高温合金，其使用温度很难突破合金熔点温度的80%，近似，近似 1100。难熔金属的熔点大大超过高温合金，约。难熔金属的熔点大大超过高温合金，约 2000。由这些金属组成。由这些金属组成的合金，可获得比高温合金更高的高温强度。的合金，可获得比高温合金更高的高温强度。表表 一些难熔金属合金与高温合金强度一些难熔金属合金与高温合金强度合金名称合金名称抗拉强度抗拉强度/MPa11001320 1540 1760 高温合金高温合金245350-铌合金铌合金350168119-钼合金钼合金630385252182钽合金钽合金560364210105钨合金钨合金700420280210铬合金铬合金315119-7.高温合金的未来(1)难熔金属合金表一些难熔金属合金与155(2)金属间化合物金属间化合物有序金属间化合物是一种新型金属基高温材料。一类长程有序结构的有序金属间化合物是一种新型金属基高温材料。一类长程有序结构的化合物，如化合物，如Ni3Al、NiAl、Fe3Al、FeAl、(Fe、Co、N)3V、Ti3Al等具有优等具有优良的高温性能。在一定温度范围内良的高温性能。在一定温度范围内(0.50.8T熔点熔点)，其屈服强度随温度的升，其屈服强度随温度的升而增加，而且具有良好的抗高温氧化性能，弹性模量高，刚度大，密度低而增加，而且具有良好的抗高温氧化性能，弹性模量高，刚度大，密度低等良好的综合性能，是很有前途的新一代高温材料。等良好的综合性能，是很有前途的新一代高温材料。金属间化合物的温度介于高金属间化合物的温度介于高温合金与陶瓷材料之间温合金与陶瓷材料之间(2)金属间化合物金属间化合物的温度介于高温合金与陶瓷材料156(3)先进高温合金先进高温合金定向凝固和单晶高温合金定向凝固和单晶高温合金氧化物弥散强化高温合金氧化物弥散强化高温合金(3)先进高温合金157一、高温合金的焊接性分析一、高温合金的焊接性分析对于对于固溶强化的高温合金固溶强化的高温合金，主要问题是，主要问题是焊缝结晶裂纹和过热焊缝结晶裂纹和过热区的晶粒长大，焊接接头的区的晶粒长大，焊接接头的“等强度等强度”等；等；对于对于沉淀强化的高温合金沉淀强化的高温合金，除了，除了焊缝的结晶裂纹外，还有液焊缝的结晶裂纹外，还有液化裂纹和再热裂纹；焊接接头的化裂纹和再热裂纹；焊接接头的“等强度等强度”问题也很突出，问题也很突出，焊缝和热影响区的强度、塑性往往达不到母材金属的水平。焊缝和热影响区的强度、塑性往往达不到母材金属的水平。高温合金的焊接性：高温合金的焊接性：是指在某一焊接工艺条件下，合金产是指在某一焊接工艺条件下，合金产生裂纹的敏感性、接头组织的均匀性、接头力学性能的等强生裂纹的敏感性、接头组织的均匀性、接头力学性能的等强性和采取工艺措施的复杂性的综合评价。性和采取工艺措施的复杂性的综合评价。一、高温合金的焊接性分析第二节一般高温合金的焊接对于固溶强1581.高温合金的裂纹敏感性高温合金的裂纹敏感性(1)结晶裂纹结晶裂纹影响焊缝产生结晶裂纹的因素：影响焊缝产生结晶裂纹的因素：合金元素含量的影响：合金元素含量的影响：采用不同的焊材，焊缝的热烈倾采用不同的焊材，焊缝的热烈倾向有很大差别。向有很大差别。例如：铁基合金例如：铁基合金Cr15Ni40W5Mo2Al2Ti3在在TIG焊时，选焊时，选用与母材合金同质的焊丝，即焊缝含有用与母材合金同质的焊丝，即焊缝含有形成元素，结果焊形成元素，结果焊缝产生