通過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 種類型。按結晶方式劃分,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 種類型。
⑵變形高溫合金
目前仍然是航空發動機中使用多的材料,在國內外應用都比較廣泛,我國變形高溫合金年產量約為美國的1 /8 [2] 。以GH4169 合金為例,它是國內外應用范圍多的一個主要品種. 我國主要在渦輪軸發動機的螺栓、壓縮機及輪、甩油盤作為主要零件,隨著其他合金產品的日益成熟,變形高溫合金的使用量可能逐漸減少,但在未來數十年中仍然會是占主導地位。
⑶新型高溫合金
包括粉末高溫合金、鈦鋁系金屬間化合物、氧化物彌散強化高溫合金、耐蝕高溫合金、粉末冶金及納米材料等多種細分產品領域.
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點,獲得了更高的強度較低的損傷,粉末高溫合金生產工藝日趨成熟,未來可能從以下幾個方面開展: 粉末制備、熱處理工藝、計算機模擬技術、雙性能粉末盤;
②鈦鋁系金屬間化合物已經開發到第四代,逐步向著多元量和大量元這兩個方向拓展,德國的漢堡大學,日本京都大學,德國的GKSS 中心等都進行了廣泛的研究,鈦鋁系金屬間化合物現已應用于船舶、生物醫用、體育用品領域;
③氧化物彌散強化高溫合金是粉末高溫合金一部分,正在生產研制的有近20 余種,具有較高的高溫強度和低的應力系數,廣泛的應用于燃氣輪機耐熱抗氧化部件、先進航空發動機、石油化工反應釜等;
④耐蝕高溫合金主要用于替代耐火材料和耐熱鋼,應用于建筑及航天航空領域。
金屬間化合物高溫材料是近期研究開發的一類有重要應用前景的、輕比重高溫材料。十幾年來,對金屬間化合物的基礎性研究、合金設計、工藝流程的開發以及應用研究已經成熟,尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制備加工技術、韌化和強化、力學性能以及應用研究方面取得了令人矚目的成就。
Ti3Al基合金(TAC-1),TiAl基合金(TAC-2)以及Ti2AlNb基合金具有低密度(3.8~5.8g/cm3)、高溫高強度、高鋼度以及優異的抗氧化、抗蠕變等優點,可以使結構件減重35~50%。 Ni3Al基合金,MX-246具有很好的耐腐蝕、耐磨損和耐氣蝕性能,展示出極好的應用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蝕性能,在中溫(小于600℃)有較高強度,成本低,是一種可以部分取代不銹鋼的新材料。
六、環境高溫合金
在民用工業的很多領域,服役的構件材料都處于高溫的腐蝕環境中。為滿足市場需要,根據材料的使用環境,歸類出系列高溫合金。
1、 高溫合金母合金系列
2、 抗腐蝕高溫合金板、棒、絲、帶、管及鍛件
3、 高強度、耐腐蝕高溫合金棒材、彈簧絲、焊絲、板、帶材、鍛件
4、 耐玻璃腐蝕系列產品
5、 環境耐蝕、硬表面耐磨高溫合金系列
6、 特種精密鑄造零件(葉片、增壓渦輪、渦輪轉子、導向器、儀表接頭)
7、 玻棉生產用離心器、高溫軸及輔件 8、 鋼坯加熱爐用鈷基合金耐熱墊塊和滑軌
9、 閥門座圈
10、 鑄造“U”形電阻帶
11、 離心鑄管系列
12、 納米材料系列產品
13、 輕比重高溫結構材料
14、 功能材料(膨脹合金、高溫高彈性合金、恒彈性合金系列)
15、 生物醫學材料系列產品
16、 電子工程用靶材系列產品
17、 動力裝置噴嘴系列產品
18、 司太立合金耐磨片
19、 超高溫抗氧化腐蝕爐輥、輻射管。
生產的材質包括:
蒙乃爾合金: Monel400,MonelK500,,Monel R-405,Monel450,Monel S
因科洛伊合金: Incoloy800,Incoloy800H,Incoloy825, Incoloy DS,Incoloy802,Incoloy803,Incoloy804,Incoloy903,Incoloy907,Incoloy909,Incoloy925,IncoloyMA956,Incoloy A-286,Incoloy 25-6Mo
英科耐爾合金: Inconel600,Inconel601,Inconel625,Inconel718,Inconel617,,Inconel622,,Inconel 671,,Inconel672,Inconel686,Inconel690,Inconel693,Inconel706,,Inconel725,Inconel X-750,Inconel 751,Inconel754,Inconel758,Inconel783
哈氏合金: Hastelloy C-276, HastelloyB-2,Hastelloy C-59, Hastelloy B, Hastelloy B-3, Hastelloy C, Hastelloy C-4, Hastelloy C-22, Hastelloy C-2000, Hastelloy G-30, Hastelloy G-35, Hastelloy N, Hastelloy S, Hastelloy W, Hastelloy X.
高溫合金: GH3030,GH3039, GH1015, GH1016, GH1035, GH1040, GH1131, GH1140, GH2018, GH2036, GH2038, GH2130, GH2132, GH2135, GH2136,GH2302,GH3044, GH3128, GH4033, GH4037, GH4043, GH4049, GH4133, GH4169,GH605
特殊不銹鋼:904L,310S,2520Si2,2507,2205,317L,Carpenter 20Cb3, 309S, 310Si, 316LMod, 347H, 329, S21800, 254O, AL-6XN, 20Mo-6, 17-4PH, 17-7PH, 15-5PH, 410, 420, 430,1Cr16Ni35
無磁模具鋼:7Mn15Cr2Al3V2WMo,5Cr21(5Cr21Mn9Ni4N),70Mn,20Mn23AlV
鋼管規格范圍:外徑6-530MM,壁厚0.5-50MM,長度1-12M;棒材規格范圍:外徑6—500MM,長度0.5—30米;<BR>鋼板規格范圍:厚度0.5-80MM,長1-6米,寬0.5-3米
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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。鎳基合金是一種復雜的合金。它被廣泛地應用于制造各種高溫部件。同時,也是所有高溫合金中為注目的一種合金。它的相對使用溫度在所有普通合金系中也是的。目前,先進的飛機發動機中這種合金的比重在50%以上。
GH4169合金是由國際鎳公司亨廷頓分公司的Eiselstein研制成功,于1995年公開介紹的時效硬化鎳—鉻—鐵基變形合金。合金是以體心立方g〞和面心立方g′相為沉淀強化的一種鎳基變形高溫合金,在650℃以下具有高的抗拉強度、屈服強度和良好的塑性,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℃很寬的溫度范圍內組織性能穩定,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動機的壓氣機盤、壓氣機軸、壓氣機葉片、渦 、渦輪軸、機匣、緊固件和其它結構件和板材焊接件等 [3] 。
我國于70年代開始研制GH4169合金,主要應用于盤件,使用時間比較短,所以采用真空感應加電渣重熔的雙聯工藝。八十年代開始應用于航空領域,提高和改進材料質量、提高合金的綜合性能和使用可靠性成為主要的研究方向。當前GH4169合金的主要研究方向為:
(1)改進冶煉工藝,量化冶煉參數,實現程序穩定操作,使合金顯組織更加均勻,從而得到優良的屈服和疲勞強度以及抗裂紋擴展止裂能力,提高低周疲勞強度等;
(2)改進熱處理工藝。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,得到細晶坯料成為現在的主要研究方向之一;
(3)改進使用設計。由于GH4169的工作溫度不能高于650℃,所以應當加強零部件的冷卻,充分發揮該高溫合金的高性能、低成本等優點;
(4)提高組織穩定性能。由于航空發動機部件的長壽命要求,對于提高GH4169合金長期時效組織穩定性方面也是至關重要的。
2、單晶高溫合金
目前單晶合金材料已發展到第四代,承溫能力到1140℃,已近金屬材料使用溫度極限。未來要進一步滿足先進航空發動機的需求,葉片的研制材料要進一步拓展,陶瓷基復合材料有望取代單晶高溫合金滿足熱端部件在更高溫度環境下的使用。
單晶高溫合金葉片研制難度和周期與其結構復雜性有關,普通復雜程度的單晶葉片研制周期較短,但在航空發動機上應用也需經歷較長的時間。從單晶實心葉片到單晶空心葉片、到氣冷復雜空心葉片等,技術難度跨度很大,相應的研制周期跨度也較大。一般一種普通復雜程度的單晶空心葉片從圖紙確認、模具設計到試制、再到小批投產,需要1~2年時間。但單晶葉片由于其復雜的服役環境,需要進行大量的驗證試驗,一般一種普通結構的單晶空心葉片從研制出來以后到航空發動機上應用需5~10年的時間,有的隨發動機研制進度,甚至需要15年或更長的時間 [4] 。