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俗話說：“真金不怕火煉！”常規(guī)材料在嚴(yán)苛的高溫環(huán)境下會在短時間內(nèi)被破壞得體無完膚，因此我們必須嚴(yán)格篩選能適應(yīng)于高溫環(huán)境的基材。

圖1幾種典型合金的耐溫能力。

通過強(qiáng)化可以得到以下合金：

鈦及其合金具有非常吸引人的結(jié)構(gòu)性能。該金屬的密度4.54g/cm2較低，約為鋼和鎳、鈷基超級合金的60%；高熔點(diǎn)（1668℃）；以及優(yōu)異的耐腐蝕性。鈦合金由于其高強(qiáng)度和低密度，被廣泛應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇葉片、壓縮機(jī)葉片、圓盤和外殼。

根據(jù)碳含量，鋼可分為低碳(<0.25%）、中碳（0.25-0.60%）和高碳（0.60%）鋼。

為了實現(xiàn)鋼的微觀結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和延性的最佳組合，使用TTT（時間溫度轉(zhuǎn)換）圖開發(fā)了熱處理方案。

一些市售的鋼材如下：

高強(qiáng)度低碳合金鋼(HSLA)：這些低碳鋼的強(qiáng)化源自固溶溶液（C、Mn、Si）、沉淀硬化（Nb、Ti和V的碳化物）、由晶界碳化物穩(wěn)定的晶粒尺寸控制以及加工誘導(dǎo)的紋理。典型的抗拉強(qiáng)度和失效應(yīng)變分別為700MPa和12%-18%。

貝氏體鋼：這種鋼由膠質(zhì)體在應(yīng)變鐵素體基體中的精細(xì)分散組成。貝氏體鋼是通過使用250℃和550℃之間進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡葴責(zé)崽幚砩a(chǎn)的。典型的抗拉強(qiáng)度和失效應(yīng)變分別為600-1200MPa和15%-20%。

雙相鋼：這些低碳（0.1-0.2%）鋼包含兩相，在鐵氧體基體中精細(xì)分散占體積10-20%。通過加熱到一個相場形成10-20%的奧氏體，然后快速淬火轉(zhuǎn)化為馬氏體，來實現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)和相含量。這些鋼具有中等到高的抗拉強(qiáng)度和高延性。

TRIP（變形誘導(dǎo)的塑性）鋼：在這些鋼中，奧氏體在室溫下通過保持快速淬火，然后在加工過程中發(fā)生機(jī)械變形而保留在合金中。在負(fù)載下使用或測試時，奧氏體相轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，提供了加固機(jī)制。在600-1300MPa范圍內(nèi)的拉伸強(qiáng)度和25%-40%的失效應(yīng)變并不少見。

在應(yīng)力應(yīng)用中，鋼的溫度能力受強(qiáng)度和環(huán)境抗性的控制，一般限制在650℃。

這是一類含15%-60%鐵和含25%-60%鎳的合金，以奧氏體的fcc結(jié)構(gòu)為基體，通過固溶沉淀物和晶界增強(qiáng)。這些合金比鎳和鈷基超合金更便宜。通過不同的鎳鐵含量控制溫度應(yīng)用范圍在650℃到1100℃之間。

這是一種獨(dú)特的以鎳和鈷為基礎(chǔ)的復(fù)合合金，它不僅表現(xiàn)出非常高的強(qiáng)度，而且在廣泛的高溫度范圍內(nèi)保持強(qiáng)度，因此被稱為“超級合金”。其中一些合金用于≥80%熔點(diǎn)的承重應(yīng)用！這兩種金屬具有吸引力，因為它們的高熔點(diǎn)和易于合金的晶體結(jié)構(gòu)。鎳表現(xiàn)為面心立方體晶體結(jié)構(gòu)，而鈷在室溫下為六方密堆結(jié)構(gòu)。添加的元素通常用于穩(wěn)定面心立方體晶體結(jié)構(gòu)形式中的鈷?？梢岳迷S多強(qiáng)化機(jī)制生產(chǎn)實用的鎳鈷合金。

陶瓷材料是由金屬元素和非金屬元素組成的化合物。它們的原子間鍵通常是離子鍵(Al2O3)或具有一些共價特性的離子鍵(SiC、Si3N4)。一些陶瓷有適當(dāng)?shù)慕M織控制結(jié)構(gòu)，如通過高強(qiáng)度和定向耐火相（定向纖維、細(xì)長顆粒）進(jìn)行加固，具有高熔點(diǎn)、良好的機(jī)械強(qiáng)度、抗氧化性和耐腐蝕性，以及可接受的斷裂韌性。其中一些陶瓷和復(fù)合材料在高溫環(huán)境中得到了越來越多的應(yīng)用。其中包括耐火金屬硅化物，如硅化鈮及其復(fù)合材料。