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年代中期開始瞭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應用。60年代初,美國斯克拉格斯(D.VV.Scruggs)等研制出彌散強化型 Cr-MgO合金(Chrome-30)有較好的室溫塑性,在1000~1200℃溫度下,材料表面形成MgO·Cr2O3尖晶石結構,因而合金具有抗高溫氧化和抗熔蝕性。這種合金已用作制造燃氣輪機的火焰穩定器、乙烯分餾爐中的熱電偶套管等部件。幾種典型鉻合金的成分和塑性-脆性轉變溫度見下表。

典型鉻合金成分和塑性—脆性轉變溫度

  提高室溫塑性和降低塑性-脆性轉變溫度,乃是發展鉻合金的關鍵。間隙元素氮、氧和碳對鉻的室溫塑性有明顯的影響。它們的極限含量分別為20、200和200ppm。用低間隙元素的原料,添加可凈化雜質的合金無素(如釔、鑭等)能提高鉻合金的室溫塑性。采用粉末冶金工藝制備彌散型合金則是提高室溫塑性的另一途徑。

  合金強化 鉻合金的固溶強化元素有鉭、鈮、鎢、鉬等。沉淀強化相主要有 ⅣA族和 ⅤA族元素的硼化物、碳化物和氧化物。有的合金采用固溶強化和沉淀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,同時也有碳化物沉淀強化,並含有少量釔或釔和鑭作凈化劑,以改善抗氧化性能。這兩種合金在1093~1149℃溫度范圍內,都有較高的抗拉強度(10~15kgf/mm2)。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(見金屬的強化)。

  制造工藝 生產鉻合金錠坯可采用熔煉工藝或粉末冶金工藝。熔煉鉻合金主要用自耗電弧熔煉工藝,也可采用感應熔煉工藝。鉻的蒸氣壓高,熔煉時應充惰性氣體保護。彌散型Cr-MgO型合金系是將電解鉻粉末、MgO粉末和其他元素粉末混合,用粉末冶金工藝制備的。鉻合金錠先在約1200℃溫度下擠壓開坯,然後在800~900℃溫度下鍛造和軋制成材。塑性加工時,材料需用軟鋼包套;加工後用酸洗去除。絲材生產是將擠壓棒料在旋鍛機上繼續變形加工。加工期間的中間退火溫度隨加工總變形量的增大而遞減。最後,在200~250℃溫度下拉拔成直徑0.1~0.5毫米的絲材。

  

參考書目

 A.H.Sully &E.A.Brandes,Chromium,2nd ed.,Butterworths,London,1967.

Ductile Chromium and Its Alloys,American Society for Metals,Cleveland,Ohio,1957.