镍基粉末冶金高温合金(nickel-base powder metallurgy superalloy)

以镍为基体的粉末冶金高温合金。高温合金材料的发展趋势是合金化(见高温合金强化)程度愈来愈高，造成铸锭成分偏析严重，热加工性能很差，成形十分困难。传统的变形高温合金和铸造高温合金都已难以满足使用要求，因此开发了镍基粉末冶金高温合金。由于粉末颗粒细小(<100μm)、凝固速度快、消除了宏观偏析、合金成分均匀、改善了热加工性能，还允许提高合金化程度，因此镍基粉末冶金高温合金具有高温屈服强度高和疲劳性好等优点，可用于制造先进的高推重比飞机发动机的压气机盘、涡轮盘、涡轮轴和涡轮挡板等高温部件。

简史  在镍基粉末冶金高温合金领域中，美国和俄罗斯处于领先地位。美国在20世纪60年代初开始研制镍基粉末冶金高温合金，开发出了IN100、Rene’95、．Rene’88DT、U720和MERL76等牌号的合金，用于10多种先进航空发动机上。俄罗斯轻金属研究院于70年代中期研制成功镍基粉末冶金高温合金εⅡ741HⅡ涡轮盘，全年生产能力达6万件，大量用于米格29、米格31等飞机上。80年代又研制出εⅡ962Ⅱ和εⅡ975Ⅱ两个牌号，但还没有实用，尚处于试验阶段。中国于70年代末开始研制镍基粉末冶金高温合金。

合金成分和性能  典型的镍基粉末冶金高温合金成分见表1。合金性能见表2。

表1  典型镍基粉末冶金高温合金成分

表2  典型镍基粉末冶金高温合金性能

注：HIP----热等静压；HIF----锻造。

制造工艺  包括：(1)制粉。主要采用惰性气体雾化法、旋转电极法和溶入气体雾化法等制粉方法，见示意图。(2)粉末处理。粉末在氩气氛保护下进行筛分、混料和去除杂质，在真空下加热去除吸附气体。(3)装套和封焊。在真空下将粉末装入钢套或玻璃、陶瓷包套636中，然后将包套封焊。(4)热压成形和热加工。主要采用热挤压或热等静压等方法获得密实的坯料，然后再进行等温锻造或热模锻；也可直接热等静压成涡轮盘和异形件。(5)超声波探伤检验。(6)热处理和切削加工。

缺陷及其消除方法  粉末高温合金材料的主要缺陷类型有热诱导孔洞，原颗粒边界，氧化物陶瓷夹杂和异金属夹杂等。热诱导孔洞缺陷是由合金中残留氩气引起的，可以采取去除空心粉、加强热动态除气工艺、对包套进行严格的检漏等措施加以消除。原颗粒边界缺陷是由粉末表面的氧化物和碳化物析出引起的，可以采取以下措施加以消除：(1)保护粉末避免氧化和污染；(2)粉末进行预热处理，使碳化物优先在树枝间或晶界析出，从而减少粉末表面的碳化物析出；(3)调整合金成分，适当降低碳含量和加入铌、铪等强碳化物形成元素；(4)采取热挤压和等温锻造工艺。合金的剪切变形可以破碎粉末颗粒表面的碳氧化合物薄膜。为了减少氧化物夹杂，可在冶炼和氩气雾化装置的中间漏斗中采用陶瓷过滤器和加强静电法及电磁法去除夹杂物的粉末处理工艺。

新工艺、新技术  为了进一步提高镍基粉末冶金高温合金的性能，可采用的新技术有：(1)快速凝固制粉工艺。粉末冷却速度大于l06℃／s，使合金的成分和组织更加均匀。(2)双性能盘工艺。制造出两种不同合金和不同晶粒组织组成的双性能整体叶轮，它由具有高的高温蠕变强度的铸造高温合金的叶片和具有中温高屈服强度、高疲劳性能的粉末冶金高温合金盘体联结而成。