铁基高温合金发展过程

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。

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。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(如Fe_xCr_y)、G(如Fe₆Ni₁₆Si₇)、μ(如Fe₇Mo₆)和Laves等有害相(见合金相)。几种典型合金的组织见。

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）。

时效强化型铁基高温合金的化学成分比较复杂，含有较多的能形成化合物的合金元素其组织为奥氏体加数量较多的化合物，可通过固溶 时效处理使合金的热强性得到大大提高常用牌号有GH2036、GH2132、GH2135等。

通过时效处理时析出第二相而得以强化的铁基高温合金。时效时析出的第二相主要是Ni3Al或Ni3(Al、Ti)型的 γ’相，有时也有Ni3Nb型的γ”相(见高温合金材料的金属问化合物相)，这些都是有序的金属间化合物，因此有时也把这类合金称为金属间化合物强化的铁基变形高温合金或沉淀强化铁基高温合金。

铁基变形高温合金中，铁总量最高只能达到20%左右，再增高铝、钛总量会使铁基体失稳，反而使性能恶化。这就限制了铁基高温合金进一步强化，只能在750℃左右的中温下使用。增加镍含量是一个方向。美国开发的Inconel718合金中镍含量超过了50%，铁含量已下降到20%左右，受传统习惯影响，仍称之为铁基变形高温合金，实际上已成为铁镍铬基变形高温合金，有时归入镍基变形高温合金。通过细化晶粒和加镁微合金化等强韧化手段，改善和消除低塑性和持久缺口敏感性是当前铁基变形高温合金发展中一个重要方向。