DZ405是一种高性能镍基高温合金,采用等轴晶铸造工艺制备而成。等轴晶结构指材料内部晶粒呈无规则取向的等轴状,与定向凝固或单晶合金的柱状/单晶结构不同。这种微观组织赋予材料各向同性的力学性能,适用于复杂应力环境下的高温部件,如航空发动机燃烧室、燃气轮机叶片等。
(1) 化学成分
DZ405以镍(Ni)为基体,添加铬(Cr,约12-15%)、钴(Co,8-10%)、钨(W,4-6%)等元素强化固溶体,辅以铝(Al,3-4%)、钛(Ti,1.5-2.5%)形成γ'强化相。微量硼(B)、碳(C)和锆(Zr)的加入可优化晶界性能,提升高温稳定性。
(2) 力学性能
高温强度:在900℃下,抗拉强度可达≥650 MPa,屈服强度≥550 MPa,优于普通铸造高温合金。
蠕变性能:950℃/200 MPa条件下,稳态蠕变速率低于1×10⁻⁷ s⁻¹,保障长期高温负载下的结构完整性。
疲劳寿命:高频疲劳极限(10⁷周次)在800℃时约为300 MPa,抗热疲劳性能突出。
(3) 热物理性能
熔点:约1320-1360℃,适应极端高温环境。
热膨胀系数:20-1000℃范围内平均值为14.5×10⁻⁶/℃,与多数高温涂层匹配良好。
热导率:800℃时约12 W/(m·K),有助于热量快速扩散,降低局部过热风险。
(4) 抗氧化与耐腐蚀性
在1100℃静态空气中,氧化速率<0.1 g/(m²·h),表面生成致密Cr₂O₃和Al₂O₃复合氧化膜。
抗硫化腐蚀性能优异,适用于含硫燃料环境,1000℃下硫化腐蚀深度<20 μm/1000 h。
(5) 工艺特性
铸造性能:等轴晶铸造工艺窗口较宽,流动性良好,可成型复杂薄壁结构。
热处理:通常采用固溶(1200-1250℃/2 h)+时效(850℃/24 h)工艺,优化γ'相分布。
机加工性:退火态硬度HRC 28-32,需采用硬质合金刀具低速切削,避免加工硬化。
优势:各向同性、抗热应力能力强、成本低于单晶合金,适合多向受力部件。
局限:高温持久强度低于定向凝固合金,长期使用温度上限约1000℃。
航空领域:发动机燃烧室衬套、涡轮外环支撑结构。
能源领域:重型燃气轮机静叶片、核电高温紧固件。
工业领域:高温热处理炉辊、石化裂解炉管。
DZ405填补了普通铸造合金与定向凝固合金之间的性能空白,在成本与性能间实现平衡,是中等温度区间(850-1000℃)高性价比解决方案。随着粉末冶金技术的进步,其等轴晶组织均匀性有望进一步提升。
DZ405等轴晶圆棒通过成分优化与工艺控制,在高温强度、抗氧化性及工艺适应性间取得良好平衡。其性能参数体系为工程选材提供了重要依据,特别适用于对成本敏感且需承受复杂热机械载荷的工业场景。