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高温合金是怎么样的发展趋势

厂家:上海炫纵实业 浏览量:发布时间:2021-10-29 14:06:36

信息摘要:

高温合金是怎么样的发展趋势燃气轮机,尤其是航空用涡轮发动机,其发展动力直接来源于高温合金的发展,尤其是在航空领域,其推力与效率越来越高,工作温度越来越高。结果表明,高温合金的发展过程大体经历了三个阶段,使其耐温能力每年提高10℃左右,如图1-1所示。20世纪初,人们发现在镍-铬基体中加入少量铝或钛,可使蠕变强化效果显著。这个发

高温合金是怎么样的发展趋势

燃气轮机,尤其是航空用涡轮发动机,其发展动力直接来源于高温合金的发展,尤其是在航空领域,其推力与效率越来越高,工作温度越来越高。结果表明,高温合金的发展过程大体经历了三个阶段,使其耐温能力每年提高10℃左右,如图1-1所示。

20世纪初,人们发现在镍-铬基体中加入少量铝或钛,可使蠕变强化效果显著。这个发现和在同一时期出现的涡轮发动机共同开启了高温合金开发和应用的序幕。此后20年间,随着高温合金组分的不断调整,高温合金中主要强化相y'相固溶温度和数量不断增加,合金强度达到较高水平。同时,通过对铝+钛的相对含量进行折衷,使强度和耐热蚀性能达到平衡。第一步钼,接着加入钨、铌等难熔金属元素,使其具有明显的固溶强化作用,并通过硼、铬、铪等微合金化改善晶界。但是,随着强度的不断提高,高温合金也面临着新的严峻挑战:低韧性、有害相(如已知的σ、μ相、等效Laves)析出等。

高温合金是怎么样的发展趋势

镍基高温合金

20世纪50年代,高温合金出现的真空熔炼技术和精密铸造技术,使高温合金进入第二个繁荣时期。这两种工艺的应用使高温合金的合金化得到进一步改善,消除或减少有害杂质元素及气体的含量,可准确控制合金的化学成分,制造复杂铸件。因而,一大批性能较好、生产率较高的铸造合金开始替代变形锻造合金,成为复杂形状热端零件的主要制造材料。后来,定向凝固、单晶、粉末冶金、机械合金化、快速凝固、陶瓷过滤、等温锻造等新技术、新工艺的开发与应用,使高温合金工艺发展进入了一个新时期。如图1-2所示,在该方法中,定向凝固技术在提高材料耐高温性能方面发挥着重要作用,在此过程中,定向凝固技术的应用尤其重要,其使用温度接近合金熔点80%~90%,这是当前较高水平的铸造高温合金。

Ni是一种特殊的原子结构和稳定的晶体结构,使其室温一直维持到其熔点温度范围内FCC结构不变;同时,镍对多种合金元素有很强的固溶性,可完全合金化,因而镍具有优良的高温合金基体元素固有特性。特别是在镍基高温合金中,会出现L12结构的γ'相,这是强化镍基高温合金效果最好的方法,确保了镍基高温合金具有良好的综合性能。镍基高温合金是航空发动机、海陆燃气轮机中使用最广泛的高温材料。尽管我国的合金在各个时期都处于起步阶段,但是其各项性能与国外同类合金基本相当(见图1-3)。

高温合金是一种极具活力和发展前景的新型材料,并且正进入“工艺期”的第二个阶段,其主要发展趋势包括以下几个方面:

(1)以铼为合金元素,使高温合金的高温蠕变强度最大化。

(2).含一定量铪,镧和钇(提高氧化抗力)的无涂层合金的研制。

(3)在定向凝固和单晶涡轮叶片和导叶铸造中更广泛的应用。

(4).改善涡轮盘合金的洁净度,以尽量减少涡轮盘合金内在的内在缺陷。

(5)等温锻工艺更广泛地应用,以便在涡轮盘中获得尺寸均匀的颗粒。

(6).预合金化粉末生产更为广泛的涡轮盘合金。

(7).更广泛地采用细晶热等静压压铸涡轮叶轮。

(8)广泛开发和应用混合部件,即采用扩散联接方法,将两个或更多的部件连接在一起,以形成整体合金部件。

因为陶瓷和金属间化合物最早被用于短寿命发动机,所以这类材料的竞争也越来越激烈。虽然新材料的应用范围不断扩大,但镍基高温合金仍将是燃气轮机工业的主要原料。由于其较好的适应性和可修复性,因此可以用铸造、锻造、粉末冶金等工艺来制造不同规格的燃气轮机零件。

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