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镍基高温合金设计的研究进展

原文作者:
  倪莉,张军,王博,刘林,傅恒志
发布时间:
  2014-08-21
来    源:
  西北工业大学凝固技术国家重点实验
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摘要  简述了近年来高温合金设计的研究进展,分析和讨论了蠕变性能、微观组织稳定性、铸造性能、密度和成本等方面因素在合金设计中的影响。并具体论述了相计算方法、d电子理论、多元回归法、相图计算方法等高温合金设计方法的设计思路、理论基础及应用。最后,结合高温合金的使用要求,对未来高温合金设计的研究方向和发展趋势进行了探讨和展望。
     镍基高温合金作为一种重要的结构材料,具有优良的高温力学性能和抗热腐蚀性能,是目前先进航空发动机和工业燃气轮机叶片的主要材料[1]。可满足长期服役的先进航空发动机及能胜任高峰负荷发电的工业燃气轮机的出现,要求材料具有抗蠕变、抗疲劳、低热膨胀系数、高弹性模量以及低密度等综合性能。为了满足使用要求,必须从材料设计及制备技术方面进行深入研究并取得突破。
   目前单晶高温合金已经发展到第五代,材料的承温能力提高了100℃以上。在高温合金发展过程中,先进的合金设计理念和方法起到了至关重要的作用。过去的几十年里,材料设计者提出了多种高温合金设计方法。20世纪80年代末Morinaga等[2-4]基于分子轨道能级提出的d电子理论是目前较为成熟的方法之一。近年来随着计算机技术和材料科学等基础学科的发展,涌现出很多新的合金设计方法。归纳现有的合金设计思想可知,无论采用何种设计方法,最终都回归到研究高温合金成分-工艺-组织结构-力学性能的关系,因此有必要对这种制约关系进行研究,为高温合金的优化设计打下理论基础。
    本文对目前主要合金设计方法的设计思想、应用性和存在的问题进行讨论,从高温合金的蠕变性能、微观组织稳定性、铸造性能、密度和成本等角度出发,考虑其与合金成分之间的内在关系,探讨如何在合金设计中保证这些性能,为高代次镍基高温合金的设计提供参考。
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