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(gè)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(shí)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(shí)、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、機(jī)匣等部件。
2、時(shí)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(dòng)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(shí)。
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。
我國(guó)發(fā)展自主航空航天產(chǎn)業(yè)研制先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，將帶來(lái)市場(chǎng)對(duì)高端和新型高溫合金的需求增加。
航空發(fā)動(dòng)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(dòng)力裝置的航空發(fā)動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)機(jī)對(duì)材料的苛刻要求而研制的，至今已成為航空發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)中，高溫合金材料用量占發(fā)動(dòng)機(jī)總量的40%~60%。在航空發(fā)動(dòng)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(guò)熱器和再過(guò)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(zhǎng)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(kāi)采，特別是深井開(kāi)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(guó)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(lái)有了較大提高，拉動(dòng)了對(duì)發(fā)電設(shè)備用的渦 的需求。正在進(jìn)行國(guó)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(dòng)力）取得了顯著進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)后將帶動(dòng)對(duì)高溫合金的需求。同時(shí)，核電設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，也將拉動(dòng)對(duì)國(guó)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(shì)：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′N(xiāo)5為代表的第二代單晶合金與代單晶合金相比，通過(guò)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(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的趨勢(shì)。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(dòng)機(jī)界的普遍認(rèn)可，幾乎所有先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)都采用了單晶合金用作渦輪葉片 [6] 。
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GH500 Udimet500 合金采用高Al高Ti沉淀強(qiáng)化的時(shí)效合金，具有高的屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度，應(yīng)用于直升機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)渦部分。
GH520 Udimet520 該合金是一種合金化程度較高的沉淀強(qiáng)化鎳基合金，可在980℃以下長(zhǎng)期使用，在高溫下具有良好的抗拉強(qiáng)度、較高的高溫硬度和好的抗氧化性能。
GH536 HastelloyX 合金性能水平與GH3044合金相當(dāng)，適用于制作在900℃以下長(zhǎng)期使用的發(fā)動(dòng)機(jī)室及其它高溫部件。
GH586 為我國(guó)自行研制的難變形鎳基高溫合金，合金在-196℃~800℃范圍內(nèi)，具有高的屈服強(qiáng)度和持久蠕變強(qiáng)度和良好的抗氧化性能，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)綜合性能的渦材料。在1050℃以上對(duì)鈉鹽的耐蝕能力稍差。
GH600 Inconel600 固溶強(qiáng)化的耐熱耐蝕合金，具有良好的抗高溫腐蝕性能、抗氧化性能、冷熱加工性能、低溫機(jī)械性能、冷熱疲勞性能。650℃下具有較高的強(qiáng)度，成型性好，易于焊接。
GH625 Inconel625 合金具有良好的耐腐蝕和抗氧化性能，從低溫到980℃具有良好的拉伸性能和疲勞性能，以及耐鹽霧下的應(yīng)力腐蝕。
GH648 эп648 高鉻合金，在高溫條件下具有良好的耐蝕性能和綜合力學(xué)性能。
GH698 эи698 >在550~800℃范圍內(nèi)具有高的持久強(qiáng)度和良好的綜合性能，與Waspaloy合金性能水平相當(dāng)。
GH708 эп708 新型鎳基時(shí)效合金，該合金具有較高的高溫強(qiáng)度，優(yōu)良的抗氧化性能和一定的可焊性能，可在900℃下長(zhǎng)期使用。
GH864 Waspalloy 合金在540~815℃溫度范圍內(nèi)具有良好的耐燃?xì)飧g能力、較高的屈服強(qiáng)度和疲勞性能，工藝塑性良好，組織。
GH742 эп742ид rowspan="2" 合金在750~950℃具有良好的高溫性能，是目前變形高溫合金中合金化程度的渦材料，在大推力發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛應(yīng)用。
