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szm65130

木虫 (正式写手)

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[交流] 【求助】Ta元素在不锈钢中的作用

求助：Ta元素在不锈钢中的作用

[ Last edited by xucz on 2011-4-23 at 21:50 ]

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1楼2010-12-27 11:08:26

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leeyl

铁杆木虫 (著名写手)

szm65130(金币+1):谢谢参与 2010-12-28 09:50:01

这个估计是禁止的

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3楼2010-12-27 17:06:36

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zxf905

木虫 (正式写手)

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szm65130(金币+4): 谢谢！学习了 2011-04-17 20:59:40

引用回帖:

Originally posted by leeyl at 2010-12-27 17:06:36:
这个估计是禁止的

钽还用作合金的微量添加剂。钽的添加量多在5-9%不等。1999年全世界的超合金产量估计11.3万吨，所消耗的钽占当年钽消耗总量0.1%。
超合金用于高温环境（815℃以上）可承受一定的拉应力、热应力、冲击力和振动。超合金还具有高表面稳定性和耐氧化性。含钽超合金的主要应用是用于陆上发电机涡轮，另一个重要应用是航空发动机的涡轮叶片。
通常钽和铌作为稳定剂加入到超合金中。由于钽和铌通常相伴而生且很难分离，所以许多合金规格就给出了铌/钽的总含量。在合金中铌的强化性能是这些合金中最重要的，然而少数合金中钽含量高。在合金中钽作为固溶强化剂，并且钽同钛和铬一起抑制硫化作用。
随着诸如含4.0％钽的B-1900这样的新型铸造合金开发出来，20世纪60年代就确立了钽作为镍基超耐热合金的添加剂。那时镍基合金涡轮叶片合金的性能还不能满足燃气涡轮业的技术要求，添加强化剂降低了锻造合金的可成形性。真空铸造法的开发使得精密铸件产品比锻造产品强度更高，设计的自由度也更大，为涡轮叶片设计的进一步发展创造了条件，包括内部气冷。在这些铸造合金中，钽及钼和钨取代了部分铬含量，导致γ相含量增高（高达60％），强度增加。
表79 给出了合金添加剂（包括钽）添加到镍基合金中的效果

表79镍基合金中添加合金元素的效果
效果合金元素
固溶强化 Ti, W. Mo, Cr, Co, Al, Nb, Ta,
稳定 W. Mo,Nb
晶格位错增加 Mo,Nb, Ta
晶格位错减少 Cr, Mo, W
逆相位晶界能增加 Ti, Co, Mo
逆相位晶界能减少 Al, Cr
耐氧化性得到改善 Cr

表80给出了很多含有钽添加剂的超耐热合金。这些主要是镍基合金，但Alresist 213是钴基合金，Unitemp AF2-1DA是铁基合金。

表80：含钽超合金的成份（%）
Co Mo Cr Ni W Al Ta Ti 其它
Alresist213 65.75 - 19.0 - 4.7 3.5 6.5 - -
B-1900 10.0 6.0 8.0 62.0 - 6.0 4.0 1.0 -
IN-738 8.5 1.75 16.0 61.0 2.6 3.4 1.75 3.4 Nb0.9
IN-792 9.0 2.0 12.7 60.5 3.9 3.2 3.9 3.4 -
MAR-M246 10.0 2.5 9.0 59.5 10 5.5 1.5 1.5 -
MAR-M302 余量 - 21.5 - 10 - 9.0 - -
MAR-M322 余量 - 21.5 - 9.0 - 4.5 0.75 -
MAR-M509 余量 - 23.0 10.0 7.0 - 3.5 0.2 -
Nimocast 738 8.5 1.8 16.0 61.0 2.5 3.4 1.6 3.4 -
Nimocast 739 19.0 - 22.4 48.0 2.0 1.9 1.4 3.7 Nb0.1
TAZ 8 - 4.0 6.0 68.0 4.0 - 8.0 - V2.5Zr1.0
Unitemp AF2-1DA 10 3.0 12.0 59 6.0 4.6 1.5 3.0 Fe余量
资料来源： Stahlschussel, Verlag stahlschussel Wegst GmbH, &Co.
注：多数合金也含有0.1-0.2% Zr。

钽的最重要应用之一是用于生产涡轮叶片的直接固化和单晶镍基超合金中。直接固化（DS）铸造技术于20世纪70年代中期由Pratt&Whitney公司研发出来，并首次用于生产铸造涡轮叶片，由于缺乏弱的横向晶界，抗热疲劳性得以改善，然而在耐最高温度性能上没有明显的提高。
最近单晶合金的熔点得到了进一步提高，比直接固化多晶合金的熔点高出了大约150℉。单晶涡轮叶片与传统叶片相比可以在更高的温度下工作，且节省燃料，寿命更长。
目前世界上单晶铸件的主要来源为Howmet 公司。该公司已发运了100万多个单晶铸件，包括普拉特-惠特尼（Pratt & Whitney）公司的F－100－PW2210战斗机发动机内的第二级轮叶部分。该公司还为通用电气公司、劳斯莱斯（Rolls-Royce）公司、加勒特（Garrett）公司、阿利森（Allison）公司、威廉斯（Williams）国际公司、CFM国际公司和国际飞机发动机公司生产单晶零部件。
单晶合金的研发情况见表81。第二代和第三代合金含有6％－10％的钽。这部分有望对钽的需求进一步增加。

表81：单晶超合金的成分
合金 Cr Co Mo W Ta Al Ti Re Ni
第一代
PWA1480 10.0 5.0 - 4.0 12.0 5.0 1.5 - 余量
Rene N4 9.0 8.0 2.0 6.0 4.0 3.7 4.2 - 余量
SRR99 8.0 5.0 - 10.0 3.0 5.5 2.2 - 余量
RR2000 10.0 15.0 3.0 - - 5.5 4.0 - 余量
AM1 8.0 6.0 2.0 6.0 9.0 5.2 1.2 - 余量
AM3 8.0 6.0 2.0 5.0 4.0 6.0 2.0 - 余量
CMSX-2 8.0 5.0 0.6 8.0 6.0 5.6 1.0 - 余量
CMX-6 10.0 5.0 3.0 - 2.0 4.8 4.7 - 余量
AF56 12.0 8.0 2.0 4.0 5.0 3.4 4.2 - 余量
第二代
CMSX-4 6.5 9.0 0.6 6.0 6.5 5.6 1.0 3.0 余量
PWA1484 5.0 10.0 2.0 6.0 9.0 5.6 - 3.0 余量
SC180 5.0 10.0 2.0 5.0 8.5 5.2 1.0 3.0 余量
MC2 8.0 5.0 2.0 8.0 6.0 5.0 1.5 - 余量
Rene N5 7.0 8.0 2.0 5.0 7.0 6.2 - 3.0 余量
第三代
CMSX-10 1.8-4.0 1.5-9.0 0.2-2.0 3.5-7.5 7-10 5.0-7.0 0.1-1.2 5.0-7.0 余量
Rene N6 4.2-6.0 10-15 0.5-2.0 5.0-6.5 7.0-9.2 5.0-6.2 - 5.1-5.6 余量
资料来源：TIC公告N85.3.1996

Krupp VDM已开发出含钽为8%的高温合金，而Nicrotan 6325 hAIC- 2100GT合金是第一种含钽在8%的可成形合金，并且该合金已被应用于燃气涡轮发动机的牵引力换向器、隔热屏和燃烧室，这种合金可耐600-900℃高温。
航空航天发动机促使对超耐热合金的需求日益增加，这是一流航空发动机制造商追求推进效率与所要的运行速度相匹配的结果。这就导致需要新的合金和新的生产工艺以使涡轮元件能在更高的温度下工作。

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4楼2011-03-17 15:57:24

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