變形高溫合金發(fā)展前景

變形高溫合金不但是我國生產和研制新型航空發(fā)動機需要的重要材料，而且在艦船制造、工業(yè)燃氣輪機、航天飛行器、火箭發(fā)動機、核反應堆和化學工業(yè)等領域應用廣泛，是一種十分重要的高溫材料。當前，變形高溫合金總體上向承溫更高、精密成形和低成本方向發(fā)展。通過不斷挖掘合金潛力，采用新技術、新工藝，可大幅提高變形高溫合金材料的質量和性能，滿足我國先進航空發(fā)動機的需求。須加大研究力度，進一步提高性能，滿足我國先進航空發(fā)動機的研制需要。

我國應用的板材變形合金主要有20多個牌號。它們的共同特點是塑性好，具有中等強度，焊接性能優(yōu)異，還有較好的抗氧化和抗腐蝕性能。主要用于制作發(fā)動機動力裝置的燃燒室、加力燃燒室、飛機機尾罩、導流罩、襯筒和軍用衛(wèi)星毛細管等。航空發(fā)動機燃燒室零件大多采用固溶強化合金制造。近期，發(fā)動機生產中為了減輕結構重量，采用時效強化的板材合金來制造燃燒室零件，取得了良好效果。采用時效強化的變形高溫合金制造加力燃燒室殼體，可大幅度減輕發(fā)動機重量，但其成形和焊接比固溶強化合金要困難。

此外，在航空發(fā)動機中，變形高溫合金還用于制備渦輪軸、渦輪葉片等。隨著先進航空發(fā)動機推重比的進一步提高，燃燒室入口溫度和出口溫度大幅提高，必須采用耐更高溫度的新合金材料。需求牽引。因此，變形高溫合金必須加大研究力度，進一步提高性能，滿足我國先進航空發(fā)動機的研制需要。

航空發(fā)動機用的機匣、轉子封嚴環(huán)和蜂窩環(huán)零件國內外較多地采用低膨脹高溫合金制備。低膨脹合金是發(fā)動機實現(xiàn)間隙控制技術，減少燃氣損失和提高熱效率不可替代的功能結構材料。低膨脹高溫合金的特點是綜合性能好、強度較高、膨脹系數低、彈性模量幾乎恒定，在約380℃(居里點)以下至室溫，合金熱膨脹系數幾乎為常量。因此，采用低膨脹高溫合金制備的壓氣機匣在飛機巡航飛行時，有利于間隙的封嚴，提高壓氣效率，加大推力。我國研制的低膨脹高溫合金主要有GH2907、GH2909、GH4783等。我國新研制的GH4783是一種抗氧化新型低膨脹高溫合金，膨脹系數比GH4169合金低20%，密度比GH4169低20%，只有7.789/cm³，工作溫度可達750℃。對應的美國牌號的Inconel783合金已被用作F-22戰(zhàn)斗機用發(fā)動機F119-PW的各種環(huán)形件。

渦輪盤是航空發(fā)動機上一個十分重要的關鍵零件。渦輪盤工作溫度雖然比葉片低，但工作環(huán)境異常復雜，且在輪心、輪緣、榫齒、槽底和腹板等各部位所受應力、溫度、介質作用程度都不同。因此，對渦輪盤材料性能提出如下典型要求：高的屈服強度；足夠的塑性儲備；足夠的蠕變、持久強度和塑性；高的疲勞強度和低周疲勞性能；良好的耐腐蝕性、組織穩(wěn)定性與可加工性。一句話，材料的綜合性能要好。

渦輪盤用材料大部分是沉淀強化的鐵基或鎳基變形高溫合金，一些盤件開始采用粉末高溫合金制備，但是從制備工序、成本等角度考慮，粉末高溫合金渦輪盤無法替代變形高溫合金渦輪盤。

中文名稱

鐵基變形高溫合金

英文名稱

iron-based wrought superalloy

定　　義

以鐵為基體元素，含一定量鉻和鎳的奧氏體高溫合金。在600~800℃條件下具有一定強度和抗氧化、抗燃氣腐蝕的能力。

應用學科

材料科學技術（一級學科），金屬材料（二級學科），特殊用途金屬材料（三級學科），高溫合金（四級學科）

主要用來生產各種板材，尤其是冷軋薄板，因此也常稱之為鎳基板材高溫合金。除了板材以外，還可制成棒材、餅材以及冷拔絲材等，廣泛用于燃燒室、機匣、隔熱板、調節(jié)片和其他高溫部件，是一類重要的鎳基變形高溫合金材料。中國常用的固溶強化鎳基變形高溫合金列于表中。

GH3030合金是中國試制生產的第一個鎳基變形高溫合金，在國際上也是最早研制成功的高溫合金。該合金在英國為Nimonic75，在美國為。Inconel600，在前蘇聯(lián)稱為Й435。它是由Ni-20Cr電阻絲材料發(fā)展而來的。在Ni-20Cr合金中加入少量鋁、鈦，使其強度提高很多，成為高溫合金。為了進一步提高強度以滿足航空工業(yè)的需要，在GH3030合金基礎上不斷添加固溶強化元素鎢、鉬、鈷等，同時配合鈰、硼、鋯、鑭等晶界強化元素，結果形成了中國固溶強化鎳基變形高溫合金系列，最高使用溫度達950～1000 ℃，100h的持久強度。

特點 固溶強化鎳基變形高溫合金有如下特點：(1)高的鉻含量，達20%以上，因此具有良好的抗氧化耐腐蝕性能，適合在高溫燃氣氣氛下長期工作。(2)合金為單相奧氏體組織，結構穩(wěn)定，時效傾向很小，具有優(yōu)良的加工工藝性能和滿意的焊接性能。(3)具有高的塑性和相對較低的強度，容易進行塑性變形，能軋成薄板材，可以深沖冷加工。(4)熱處理簡單，只需很短時間退火便消除應力，并可控制晶粒度。

應用 固溶強化鎳基變形高溫合金在使用過程中可能會有一些碳化物相析出，略有一些硬化作用。因此合金中的碳含量不宜過高，以免降低塑性。GH141合金除固溶強化外，還有γ’相時效強化(見高溫合金時效強化)，加工塑性差些，適合用作在高溫下要求強度較高的板材合金。合金化程度高的GH3044、GH3128、GH141和GH170等合金，在長期使用中會析出σ,μ等相(見高溫合金材料的金屬間化合物相)，影響合金性能。

鎳基變形高溫合金指以鎳為基體，含一定量高溫強化元素，在650~1000℃范圍內具有較高的強度和良好的抗氧化、抗燃氣腐蝕能力的高溫合金。分為固溶強化型和析出強化型兩類。

中文名稱

鎳基變形高溫合金

英文名稱

nickel based wrought superalloy

定　　義

以鎳為基體，含一定量高溫強化元素，在650~1000℃范圍內具有較高的強度和良好的抗氧化、抗燃氣腐蝕能力的高溫合金。分為固溶強化型和析出強化型兩類。

應用學科

材料科學技術（一級學科），金屬材料（二級學科），特殊用途金屬材料（三級學科），高溫合金（四級學科）