1、GH4169高溫合金
GH4169合金是鎳一鉻一鐵基高溫合金。GH4169合金屬于鎳基變形高溫合金。鎳基合金是一種復(fù)雜的合金。它被廣泛地應(yīng)用于制造各種高溫部件。同時(shí),也是所有高溫合金中為注目的一種合金。它的相對(duì)使用溫度在所有普通合金系中也是的。目前,先進(jìn)的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中這種合金的比重在50%以上。
GH4169合金是由國(guó)際鎳公司亨廷頓分公司的Eiselstein研制成功,于1995年公開(kāi)介紹的時(shí)效硬化鎳—鉻—鐵基變形合金。合金是以體心立方g〞和面心立方g′相為沉淀強(qiáng)化的一種鎳基變形高溫合金,在650℃以下具有高的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和良好的塑性,具有良好的抗腐蝕、抗輻射能、疲勞、斷裂韌性等綜合性能,以及滿(mǎn)意的焊接和焊后成型性能等。合金在-253~650℃很寬的溫度范圍內(nèi)組織性能穩(wěn)定,成為在深冷和高溫條件下用途極廣的高溫合金。由于GH4169良好的綜合性能,目前被廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)盤(pán)、壓氣機(jī)軸、壓氣機(jī)葉片、渦 、渦輪軸、機(jī)匣、緊固件和其它結(jié)構(gòu)件和板材焊接件等 [3] 。
我國(guó)于70年代開(kāi)始研制GH4169合金,主要應(yīng)用于盤(pán)件,使用時(shí)間比較短,所以采用真空感應(yīng)加電渣重熔的雙聯(lián)工藝。八十年代開(kāi)始應(yīng)用于航空領(lǐng)域,提高和改進(jìn)材料質(zhì)量、提高合金的綜合性能和使用可靠性成為主要的研究方向。當(dāng)前GH4169合金的主要研究方向?yàn)椋?br /> (1)改進(jìn)冶煉工藝,量化冶煉參數(shù),實(shí)現(xiàn)程序穩(wěn)定操作,使合金顯組織更加均勻,從而得到優(yōu)良的屈服和疲勞強(qiáng)度以及抗裂紋擴(kuò)展止裂能力,提高低周疲勞強(qiáng)度等;
(2)改進(jìn)熱處理工藝。目前的熱處理工藝不能很好的鋼錠中心的偏析,所以對(duì)組織的均勻性有不利影響,因此采用合理的均勻化退火工藝,得到細(xì)晶坯料成為現(xiàn)在的主要研究方向之一;
(3)改進(jìn)使用設(shè)計(jì)。由于GH4169的工作溫度不能高于650℃,所以應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)零部件的冷卻,充分發(fā)揮該高溫合金的高性能、低成本等優(yōu)點(diǎn);
(4)提高組織穩(wěn)定性能。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件的長(zhǎng)壽命要求,對(duì)于提高GH4169合金長(zhǎng)期時(shí)效組織穩(wěn)定性方面也是至關(guān)重要的。
2、單晶高溫合金
目前單晶合金材料已發(fā)展到第四代,承溫能力到1140℃,已近金屬材料使用溫度極限。未來(lái)要進(jìn)一步滿(mǎn)足先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求,葉片的研制材料要進(jìn)一步拓展,陶瓷基復(fù)合材料有望取代單晶高溫合金滿(mǎn)足熱端部件在更高溫度環(huán)境下的使用。
單晶高溫合金葉片研制難度和周期與其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性有關(guān),普通復(fù)雜程度的單晶葉片研制周期較短,但在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用也需經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間。從單晶實(shí)心葉片到單晶空心葉片、到氣冷復(fù)雜空心葉片等,技術(shù)難度跨度很大,相應(yīng)的研制周期跨度也較大。一般一種普通復(fù)雜程度的單晶空心葉片從圖紙確認(rèn)、模具設(shè)計(jì)到試制、再到小批投產(chǎn),需要1~2年時(shí)間。但單晶葉片由于其復(fù)雜的服役環(huán)境,需要進(jìn)行大量的驗(yàn)證試驗(yàn),一般一種普通結(jié)構(gòu)的單晶空心葉片從研制出來(lái)以后到航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用需5~10年的時(shí)間,有的隨發(fā)動(dòng)機(jī)研制進(jìn)度,甚至需要15年或更長(zhǎng)的時(shí)間 [4] 。
奧氏體不銹鋼常用牌號(hào): 904L/N08904/W.Nr.1.453900Cr20Ni25Mo4Cu2/UB6/F904L/2RK65253MA(UNS S30815)F45/W.Nr.1.4835/1.4893/RA253MA/1Cr21Ni11Si2NCe 353ma(S35315) NAS185N/254SMO/UNSS31254/1.4547/UNSS31252254SMO(UNSS31254)/00Cr20Ni18Mo6CuN/F44/UNS S31252等 S35350 1Cr18Mn6Ni5N 屬于節(jié)鎳不銹鋼,冷加工后有磁性,焊后有晶間腐蝕傾向.常用于制造鐵道車(chē)輛及零部件. S35450 1Cr18Mn8NiN 室溫強(qiáng)度高于18-8型不銹鋼,在800度以下有較好的抗yang化和中溫強(qiáng)度.用于制造較低溫度稀硝酸的化工設(shè)備、稀硝酸地下貯槽、硝銨真空蒸發(fā)器等. S35550 1Cr18Mo10NI5Mo3N 以Mn、N代Ni型不銹鋼,經(jīng)固溶處理后在有機(jī)酸等介質(zhì)中有良好的耐蝕性.由于其有良好的力學(xué)及工藝性能,可用于自然循環(huán)法制造尿素、生產(chǎn)維尼綸和丙烯腈等設(shè)備. S30110 1Cr17Ni7 (301)在弱介質(zhì)中具有良好的耐蝕性,經(jīng)冷加工后具有高強(qiáng)度 也用于制造鐵道車(chē)輛及零部件 S30210 1Cr18Ni9 (302)在≤65%的硝酸中具有良好耐蝕性,加工性能良好,焊后有晶間腐蝕傾向.常在建筑上做裝飾部件,也可用于要求有一定耐蝕性的結(jié)構(gòu)件和低磁性部件 S30314 Y1Cr18Ni9 奧氏體型易切銷(xiāo)不銹鋼,在鋼中提高硫,磷含量,從而提高切削性能,常用于制造螺栓螺母,適用于在自動(dòng)車(chē)床加工耐蝕性標(biāo)準(zhǔn)件. S30315 Y1Cr18Ni9Se 在1Cr18Ni9 鋼的基礎(chǔ)上添加0.15%以上的硒,并提搞硫磷含量,適用于自動(dòng)車(chē)床加工的標(biāo)準(zhǔn)件,如螺栓,螺母等. S30408 0Cr18Ni9 (304)優(yōu)良的耐蝕性及冷加工沖壓性,低溫性能好,在-180度的條件下力學(xué)性能仍佳.是奧氏體型不銹鋼生產(chǎn)和用量多的牌號(hào)之一,如輸酸管道、容器以及非磁性部件.
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通過(guò)材料成型方式劃分有:鑄造高溫合金( 包括普通鑄造合金、單晶合金、定向合金等) 、變形高溫合金、粉末冶金高溫合金( 包含普通粉末冶金和氧化物彌散強(qiáng)化高溫合金)。
⑴鑄造高溫合金
采用鑄造方法直接制備零部件的合金材料叫鑄造高溫合金。根據(jù)合金基體成分劃分,可以分為鐵基鑄造高溫合金、鎳基鑄造高溫合金和鉆基鑄造高溫合金3 種類(lèi)型。按結(jié)晶方式劃分,可以分為多晶鑄造高溫合金、定向凝固鑄造高溫合金、定向共晶鑄造高溫合金和單晶鑄造高溫合金等4 種類(lèi)型。
⑵變形高溫合金
目前仍然是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中使用多的材料,在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用都比較廣泛,我國(guó)變形高溫合金年產(chǎn)量約為美國(guó)的1 /8 [2] 。以GH4169 合金為例,它是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用范圍多的一個(gè)主要品種. 我國(guó)主要在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的螺栓、壓縮機(jī)及輪、甩油盤(pán)作為主要零件,隨著其他合金產(chǎn)品的日益成熟,變形高溫合金的使用量可能逐漸減少,但在未來(lái)數(shù)十年中仍然會(huì)是占主導(dǎo)地位。
⑶新型高溫合金
包括粉末高溫合金、鈦鋁系金屬間化合物、氧化物彌散強(qiáng)化高溫合金、耐蝕高溫合金、粉末冶金及納米材料等多種細(xì)分產(chǎn)品領(lǐng)域.
①第三代粉末高溫合金的合金化程度,使其兼顧了前兩代的優(yōu)點(diǎn),獲得了更高的強(qiáng)度較低的損傷,粉末高溫合金生產(chǎn)工藝日趨成熟,未來(lái)可能從以下幾個(gè)方面開(kāi)展: 粉末制備、熱處理工藝、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)、雙性能粉末盤(pán);
②鈦鋁系金屬間化合物已經(jīng)開(kāi)發(fā)到第四代,逐步向著多元量和大量元這兩個(gè)方向拓展,德國(guó)的漢堡大學(xué),日本京都大學(xué),德國(guó)的GKSS 中心等都進(jìn)行了廣泛的研究,鈦鋁系金屬間化合物現(xiàn)已應(yīng)用于船舶、生物醫(yī)用、體育用品領(lǐng)域;
③氧化物彌散強(qiáng)化高溫合金是粉末高溫合金一部分,正在生產(chǎn)研制的有近20 余種,具有較高的高溫強(qiáng)度和低的應(yīng)力系數(shù),廣泛的應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)耐熱抗氧化部件、先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、石油化工反應(yīng)釜等;
④耐蝕高溫合金主要用于替代耐火材料和耐熱鋼,應(yīng)用于建筑及航天航空領(lǐng)域。