以鉻為基加入其他元素組成的合金，屬難熔合金。與金屬鎳相比，金屬鉻熔點高(1860℃)，比強度大（強度和密度之比），具有良好的抗氧化性能和抗高硫、柴油燃料、海水腐蝕性能。20世紀50年代中期開始了鉻合金高溫材料的研究。由於鉻合金的塑性－脆性轉變溫度高於室溫，特別高溫下暴露在空氣中，因氮的滲入，使合金塑性變壞，衝擊韌性也不能達到要求，使鉻合金在用作高於鎳基高溫合金使用溫度的噴氣發動機的渦輪葉片和導向葉片方面未能得到發展和套用。
基本介紹
- 中文名：鉻合金
- 外文名：chromium alloys
- 熔點：1860℃
- 性能：抗氧化性和抗腐蝕性好
- 製備方法：粉末冶金工藝
- 套用：發動機材料
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合金化原理
鉻中加入固溶合金化元素能提高合金的強度，但是塑性變壞，只有加入那些與間隙雜質元素——碳、氧、氮有更高親和力的元素，如鈰、鈦、釔等才能改善其塑性。這是因為這些元素能與間隙雜質生成沉澱，減少基體中的固溶含量。它們常被稱為“淨化劑”。當釔含量為0.1%～0.2%時，合金的塑性得到改善。沉澱或彌散強化能提高鉻合金的高溫抗蠕變性能，並且沉澱相或彌散相也使合金的塑性改善，所以發展沉澱強化或彌散強化的鉻合金較為有利。
合金種類
主要有彌散強化合金和沉澱強化合金。
（1）彌散強化合金。60年代初美國人斯克拉格斯（D.M Scruggs）用粉末冶金法在鉻中加入氧化鎂，製成了彌散強化合金Chrome 30（Cr-0.5Ti-6MgO）。此合金有比較好的室溫塑性和高溫抗氧化性。這是由於在1000～1200℃氧化性氣氛中，合金表面的氧化鉻和氧化鎂形成尖晶石MgO·Cr2O3結構，因此提高了高溫抗氧化性能。它在高熱流條件下有良好性能，已用作熱電偶套管等。但合金的室溫衝擊韌性仍很低，在240℃以上才有好轉。
（2）沉澱強化合金。鉻鉭合金系列是以Cr-2Ta為基礎加入生成沉澱相的元素而製成的合金，具有良好的抗蠕變性能和一定的室溫塑性。合金Cr-2Ta-0.1C是以碳化鉭為沉澱相，這類合金還有Cr-2Ta-0.1Ti-0.5Si、Cr-2Ta-0.05B-0.05Zr-0.1C等。此外，其他成分的合金還有Cr-0.3Y-2.4Ti-0.5Zr-0.5C，這些合金是以碳化鈦、碳化鋯作沉澱相，並加入釔為淨化劑。合金Cr-0.5Ti-0.1N是以氮化鈦為沉澱相。但是這些合金的室溫衝擊韌性都較差，只在200℃以上才有好轉。表中列出幾種鉻合金的蠕變斷裂性能和衝擊韌性。固溶強化的鉻合金較少，前蘇聯牌號的合金BX4是高合金化的鉻合金，主要合金元素為鎳、鎢。鎢含量高達38%，在高溫腐蝕性氣氛中使用。
幾種鉻合金的蠕變斷裂性能及衝擊塑脆轉變溫度
合金成分 | 應力 /MPa | 溫度 /℃ | 斷裂時 間/h | 轉變溫 度/℃ |
Cr-2Ta-0.1C | 93.8 | 1050 | 414 | 200 |
Cr-2Ta-0.1Ti-0.5Si | 93.8 | 1050 | 246 | |
Cr-2Ta-0.05B-0.05Zr-0.1C | 93.8 | 1050 | 674 | 200 |
製取工藝
鉻合金坯錠可用熔煉法或粉末冶金兩種方法製取。由於鉻的蒸氣壓高，熔煉時需用惰性氣體保護。用碘化鉻或氫氣精煉的電解鉻為原料，加入合金元素，經熔煉可得到高質量的坯錠。彌散強化型合金可以用粉末冶金方法直接在鉻中加入彌散相化合物而得到。塑性加工可用擠壓開坯，然後鍛造或軋制，採用軟鋼包套以利變形，加工後用酸洗去除鋼套。一些鉻合金靶材也可用熱等靜壓成形。
合金強化
鉻合金的固溶強化元素有鉭、鈮、鎢、鉬等。沉澱強化相主要有 ⅣA族和 ⅤA族元素的硼化物、碳化物和氧化物。有的合金採用固溶強化和沉澱強化相結合的方法來提高它們的強度，如 C-207和 Cl-41[Cr-7.1Mo-2 Ta-0.09 C-0.1（Y+La）]是用鎢或鉬固溶強化的，同時也有碳化物沉澱強化，並含有少量釔或釔和鑭作淨化劑，以改善抗氧化性能。這兩種合金在1093～1149℃溫度範圍內，都有較高的抗拉強度（10～15kgf/mm）。Alloy E、AlloyJ（Cr-2Ta-0.5Si）和AlloyH（Cr-2 Ta-0.5 Si-0.5 R） 有共同的化學成分Cr-2Ta-0.5Si，並各自加入少量其他成分，其強度低於C-207和Cl-41，但塑性-脆性轉變溫度也較低。BX-4合金是鑄造合金，強度比C-207合金稍高，但塑性較差。
