我國發(fā)展自主航空航天產(chǎn)業(yè)研制先進(jìn)發(fā)動機(jī)，將帶來市場對高端和新型高溫合金的需求增加。
航空發(fā)動機(jī)被稱為“工業(yè)之花”，是航空工業(yè)中技術(shù)含量、難度的部件之一。作為飛機(jī)動力裝置的航空發(fā)動機(jī)，特別重要的是金屬結(jié)構(gòu)材料要具備輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能，這幾乎是結(jié)構(gòu)材料中的性能要求。
高溫合金是能夠在600℃以上及一定應(yīng)力條件下長期工作的金屬材料。高溫合金是為了滿足現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)對材料的苛刻要求而研制的，至今已成為航空發(fā)動機(jī)熱端部件不可替代的一類關(guān)鍵材料。目前，在先進(jìn)的航空發(fā)動機(jī)中，高溫合金用量所占比例已高達(dá)50%以上。
在現(xiàn)代先進(jìn)的航空發(fā)動機(jī)中，高溫合金材料用量占發(fā)動機(jī)總量的40%~60%。在航空發(fā)動機(jī)上，高溫合金主要用于燃燒室、導(dǎo)向葉片、渦輪葉片和渦 四大熱段零部件；此外，還用于機(jī)匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。
2、能源領(lǐng)域
高溫合金在能源領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。煤電用高參數(shù)超超臨界發(fā)電鍋爐中，過熱器和再過熱器必須使用抗蠕變性能良好，在蒸汽側(cè)抗氧化性能和在煙氣側(cè)抗腐蝕性能優(yōu)異的高溫合金管材；在氣電用燃?xì)廨啓C(jī)中，渦輪葉片和導(dǎo)向葉片需要使用抗高溫腐蝕性能優(yōu)良和長期組織穩(wěn)定的抗熱腐蝕高溫合金；在核電領(lǐng)域中，蒸汽發(fā)生器傳熱管必須選用抗溶液腐蝕性能良好的高溫合金；在煤的氣化和節(jié)能減排領(lǐng)域，廣泛采用抗高溫?zé)岣g和抗高溫磨蝕性能優(yōu)異的高溫合金；在石油和天然氣開采，特別是深井開采中，鉆具處于4-150 ℃的酸性環(huán)境中，加之CO2，H2S和泥沙等的存在，必須采用耐蝕耐磨高溫合金 [5] 。
我國上海電氣、東方電氣、哈爾濱汽輪機(jī)廠等大型發(fā)電設(shè)備制造集團(tuán)在生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)等方面近年來有了較大提高，拉動了對發(fā)電設(shè)備用的渦 的需求。正在進(jìn)行國產(chǎn)化研制的新一代發(fā)電裝備－大型地面燃機(jī)（也可作艦船動力）取得了顯著進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)后將帶動對高溫合金的需求。同時，核電設(shè)備的國產(chǎn)化，也將拉動對國產(chǎn)高溫合金的需求。
1、含錸單晶葉片的研究
在單晶的成分設(shè)計(jì)中，要兼顧合金性能和工藝性能，由于單晶中不存在晶界，并應(yīng)用在較為苛刻的環(huán)境下，所以引入了某些具有特殊作用的合金元素。隨著單晶合金的發(fā)展，合金的化學(xué)成分具有如下變化趨勢：引入Re元素，引入Ru、Ir等鉑族元素，增加難熔元素W、Mo、Re、Ta的含量；難熔元素的加入總量增加，C、B、Hf等元素從“完全去除”轉(zhuǎn)為“限量使用”；降低Cr含量從而允許加入更多其他的合金化元素而保持組織穩(wěn)定。
含錸單晶葉片大幅了其耐溫能力及蠕變強(qiáng)度。以PW公司的PWA1484、RR的CMSX-4，GE公司的Rene′N5為代表的第二代單晶合金與代單晶合金相比，通過加入3%的錸元素、適當(dāng)增大了鈷和鉬元素的含量，使其工作溫度提高了30℃，持久強(qiáng)度與抗氧化腐蝕能力達(dá)到很好的平衡。
含錸單晶葉片是未來航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片的趨勢。單晶葉片由于其耐溫能力、蠕變強(qiáng)度、熱疲勞強(qiáng)度、抗氧化性能和抗腐蝕特性較定向凝固柱晶合金有了顯著提高，從而很快得到了航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)界的普遍認(rèn)可，幾乎所有先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)都采用了單晶合金用作渦輪葉片 [6] 。
高溫合金是在高溫嚴(yán)酷的機(jī)械應(yīng)力和氧化、腐蝕環(huán)境下應(yīng)用的一類合金。隨著科技事業(yè)的發(fā)展，高溫合金逐漸形成六個較為完整的部分。
一、變形高溫合金
變形高溫合金是指可以進(jìn)行熱、冷變形加工，工作溫度范圍-253～1320℃，具有良好的力學(xué)性能和綜合的強(qiáng)、韌性指標(biāo)，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金。按其熱處理工藝可分為固溶強(qiáng)化型合金和時效強(qiáng)化型合金。
1、固溶強(qiáng)化型合金
使用溫度范圍為900～1300℃，ZUI高抗氧化溫度達(dá)1320℃。例如GH128合金，室溫拉伸強(qiáng)度為850MPa、屈服強(qiáng)度為350MPa；1000℃拉伸強(qiáng)度為140MPa、延伸率為85%,1000℃、30MPa應(yīng)力的持久壽命為200小時、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發(fā)動機(jī)燃燒室、機(jī)匣等部件。
2、時效強(qiáng)化型合金
使用溫度為-253～950℃，一般用于制作航空、航天發(fā)動機(jī)的渦 與葉片等結(jié)構(gòu)件。制作渦 的合金工作溫度為-253～700℃,要求具有良好的高低溫強(qiáng)度和抗疲勞性能。 例如：GH4169合金，在650℃的ZUI高屈服強(qiáng)度達(dá)1000MPa；制作葉片的合金溫度可達(dá)950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸強(qiáng)度為490MPa，940℃、200MPa的持久壽命大于40小時。
變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業(yè)提供結(jié)構(gòu)鍛件、餅材、環(huán)件、棒材、板材、管材、帶材和絲材。
不銹鋼材質(zhì)有：
奧氏體 SUS201 SUS202 SUS301 SUS302 SUS303 SUS303SE SUS303CU SUS304 SUS304L SUS304N1 SUS304N2 SUS304LN SUS304J3 SUS305 SUS309S SUS310S SUS312L SUS316 SUS316L SUS316N SUS316LN SUS316TI SUS316J1 SUS316J1L SUS316F SUS317 SUS317L SUS317LN SUS317J1 SUS836L SU890L SUS321 SUS347 SUS XM7 SUS XM15J1
奧氏體-鐵素體 SUS329J1 SUS329J3L SUS329J4L
鐵素體 SUS405 SUS410L SU430 SUS430F SUS434 SUS447J1 SUSXM27 SUS429 SUS430LX SUS430J1L SUS436L SUS436J1L SUS444 SUS445J1 SUS445J2 SUS447J1
馬氏體 SUS403 SUS410 SUS410J1 SUS410F2 SUS416 SUS420J1 SUS420J2 SUS420F SUS420F2 SUS431 SUS440A SUS440B SUS440C SUS440F
沉淀硬化不銹鋼 SUS630 SUS631
變形
變形高溫合金是指可以進(jìn)行熱、冷變形加工，工作溫度范圍-253～1320℃，具有良好的力學(xué)性能和綜合的強(qiáng)、韌性指標(biāo)，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金。按其熱處理工藝可分為固溶強(qiáng)化型合金和時效強(qiáng)化型合金。
1、固溶強(qiáng)化型合金
使用溫度范圍為900～1300℃，抗氧化溫度達(dá)1320℃。例如GH128合金，室溫拉伸強(qiáng)度為850MPa、屈服強(qiáng)度為350MPa；1000℃拉伸強(qiáng)度為140MPa、延伸率為85%,1000℃、30MPa應(yīng)力的持久壽命為200小時、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發(fā)動機(jī)燃燒室、機(jī)匣等部件。
2、時效強(qiáng)化型合金
使用溫度為-253～950℃，一般用于制作航空、航天發(fā)動機(jī)的渦 與葉片等結(jié)構(gòu)件。制作渦 的合金工作溫度為-253～700℃,要求具有良好的高低溫強(qiáng)度和抗疲勞性能。例如：GH4169合金，在650℃的屈服強(qiáng)度達(dá)1000MPa；制作葉片的合金溫度可達(dá)950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸強(qiáng)度為490MPa，940℃、200MPa的持久壽命大于40小時。
變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業(yè)提供結(jié)構(gòu)鍛件、餅材、環(huán)件、棒材、板材、管材、帶材和絲材。
鑄造
鑄造高溫合金是指可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金。其主要特點(diǎn)是：
1.具有更寬的成分范圍由于可不必兼顧其變形加工性能，合金的設(shè)計(jì)可以集中考慮優(yōu)化其使用性能。如對于鎳基高溫合金，可通過調(diào)整成分使γ’含量達(dá)60%或更高，從而在高達(dá)合金熔點(diǎn)85%的溫度下，合金仍能保持優(yōu)良性能。
2.具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域由于鑄造方法具有的特殊優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)零件的使用需要，設(shè)計(jì)、制造出近終形或無余量的具有任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)和形狀的高溫合金鑄件。
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