我國發(fā)展自主航空航天產(chǎn)業(yè)研制先進發(fā)動機,將帶來市場對高端和新型高溫合金的需求增加。
航空發(fā)動機被稱為“工業(yè)之花”,是航空工業(yè)中技術含量、難度的部件之一。作為飛機動力裝置的航空發(fā)動機,特別重要的是金屬結構材料要具備輕質(zhì)、高強、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能,這幾乎是結構材料中的性能要求。
高溫合金是能夠在600℃以上及一定應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)動機對材料的苛刻要求而研制的,至今已成為航空發(fā)動機熱端部件不可替代的一類關鍵材料。目前,在先進的航空發(fā)動機中,高溫合金用量所占比例已高達50%以上。
在現(xiàn)代先進的航空發(fā)動機中,高溫合金材料用量占發(fā)動機總量的40%~60%。在航空發(fā)動機上,高溫合金主要用于燃燒室、導向葉片、渦輪葉片和渦 四大熱段零部件;此外,還用于機匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。
2、能源領域
高溫合金在能源領域中有著廣泛的應用。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,在蒸汽側抗氧化性能和在煙氣側抗腐蝕性能優(yōu)異的高溫合金管材;在氣電用燃氣輪機中,渦輪葉片和導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)能減排領域,廣泛采用抗高溫熱腐蝕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、哈爾濱汽輪機廠等大型發(fā)電設備制造集團在生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)技術等方面近年來有了較大提高,拉動了對發(fā)電設備用的渦 的需求。正在進行國產(chǎn)化研制的新一代發(fā)電裝備-大型地面燃機(也可作艦船動力)取得了顯著進展,實現(xiàn)量產(chǎn)后將帶動對高溫合金的需求。同時,核電設備的國產(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
在單晶的成分設計中,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、適當增大了鈷和鉬元素的含量,使其工作溫度提高了30℃,持久強度與抗氧化腐蝕能力達到很好的平衡。
含錸單晶葉片是未來航空發(fā)動機渦輪葉片的趨勢。單晶葉片由于其耐溫能力、蠕變強度、熱疲勞強度、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氣渦輪發(fā)動機界的普遍認可,幾乎所有先進航空發(fā)動機都采用了單晶合金用作渦輪葉片 [6] 。
秉爭實業(yè)(襄陽市分公司)已擁有30多名核心精英隊伍,已擁有現(xiàn)代化的辦公設備,完善的管理、銷售、物流、服務為一體的管理系統(tǒng),擁有高文化、高素質(zhì)、高技術的核心精英隊伍,贏得國內(nèi)外廣大用戶的信賴和好評,從而建立了鞏固的合作關系,因此公司的業(yè)務得以日益發(fā)展,占有了國內(nèi)外 哈氏合金行業(yè)的大量市場。能為客戶提供高品質(zhì)、好價格的 哈氏合金產(chǎn)品,以質(zhì)量和服務深受國內(nèi)外廠家、經(jīng)銷商的信賴和支持。
了解了鎳基高溫合號,我們再來了解下鎳基高溫合金不同牌號的特點:
合號 國外同類合金 材 料 特 點
GH3030 эи435 合金在800℃以下有滿意的熱強性和高的塑性,具有良好的抗氧化、熱疲勞、冷沖壓和焊接工藝性能。
GH4033 эи437 合金在700~750℃具有足夠的高溫強度,在900℃以下具有良好的抗氧化性,合金的冷熱加工性能良好。
GH33A 在GH33合金的基礎上進一步合金化,使合金具有良好的綜合性能,晶粒均勻,屈服強度高,易于熱加工成型,使用溫度在750℃以下。
GH33B 在GH33A的基礎上添加量元素,進一步合金的塑性和持久壽命,了合金的缺口性。
GH37 эи617 合金在850℃以下使用具有高的熱強性、良好的綜合性能和組織性。
GH3039 Эи602 合金在800℃以下有中等的熱強性和良好熱疲勞性能,1000℃以下抗氧化性能良好,長期使用組織,還具有良好的冷成型和焊接性能。
GH3044 Эи868 固溶強化的抗氧化合金,在900℃以下具有高的塑性和中等熱強性,具有優(yōu)良的抗氧化性能和良好的沖壓、焊接工藝性能,長期使用組織性能。
GH4049 Эи929 合金為高合金化的鎳基難變形高溫合金,在1000℃以下具有良好的抗氧化性能,950℃以下具有較高的高溫強度
GH80A Nimonic80A 合金成分簡單,性能與GH33合金相當,組織,熱加工溫度范圍寬,熱加工塑性好。
鐵素體不銹鋼在使用狀態(tài)下以鐵素體組織為主的不銹鋼。含鉻量在11%~30%,具有體心立方晶體結構。這類鋼一般不含鎳,有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素,這類鋼具導熱系數(shù)大,膨脹系數(shù)小、抗yang化性好、抗應力腐蝕優(yōu)良等特點,多用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。這類鋼存在塑性差、焊后塑性和耐蝕性明顯降低等缺點,因而限制了它的應用。爐外精煉技術(AOD或VOD)的應用可使碳、氮等間隙元素大大降低,因此使這類鋼獲得廣泛應用。
奧氏體——鐵素體雙相不銹鋼是奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不銹鋼。在含C較低的情況下,Cr含量在18%~28%,Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti,N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點,與鐵素體相比,塑性、韌性更高,無室溫脆性,耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高,同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數(shù)高,具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比,強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能,也是一種節(jié)鎳不銹鋼。
馬氏體不銹鋼通過熱處理可以調(diào)整其力學性能的不銹鋼,通俗地說,是一類可硬化的不銹鋼。典型牌號為Cr13型,如2Cr13,3Cr13,4Cr13等。粹火后硬度較高,不同回火溫度具有不同強韌性組合,主要用于蒸汽輪機葉片、餐具、外科手術器械。根據(jù)化學成分的差異,馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據(jù)組織和強化機理的不同,還可分為馬氏體不銹鋼、馬氏體和半奧氏體(或半馬氏體)沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時效不銹鋼等。
對于產(chǎn)品的檢驗,知道產(chǎn)品的來源和組織性能是無損檢測 的手段,也是NDT從業(yè)者的創(chuàng)新。
成分組成在18-8型不銹鋼的成分基礎上演變,主要有以下幾方面的重要發(fā)展:
1) 加Mo改善點蝕和耐縫隙腐蝕
2) 降C或加Ti、Nb,減少晶間腐蝕傾向
3) 加Ni和Cr改善高溫抗yang化性和強度
4) 加Ni改善抗應力腐蝕性能.
5) 加S、Se改善切削性和構件表面精度.