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。
變形合金和部分鑄造合金需進行熱處理,包括固溶處理、中間處理和時效處理,以Udmet 500合金為例,它的熱處理制度分為四段:固溶處理,1175℃,2小時,空冷;中間處理,1080℃,4小時,空冷;一次時效處理,843℃,24小時,空冷;二次時效處理,760℃,16小時,空冷。以獲得所要求的組織狀態和良好的綜合性能。
渦 是航空發動機上一個十分重要的關鍵零件。渦 工作溫度雖然比葉片低,但工作環境異常復雜,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 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、組織穩定性與可加工性。一句話,材料的綜合性能要好。
渦 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 無法替代變形高溫合金渦 。 [1]
航空發動機用的機匣、轉子封嚴環和蜂窩環零件國內外較多地采用低膨脹高溫合金制備。低膨脹合金是發動機實現間隙控制技術,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戰斗機用發動機F119-PW的各種環形件。
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,焊接性能優異,還有較好的抗氧化和抗腐蝕性能。主要用于制作發動機動力裝置的燃燒室、加力燃燒室、飛機機尾罩、導流罩、襯筒和軍用衛星毛細管等。航空發動機燃燒室零件大多采用固溶強化合金制造。近期,發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動機的研制需要。 [1]
發展前景編輯
變形高溫合金不但是我國生產和研制新型航空發動機需要的重要材料,而且在艦船制造、工業燃氣輪機、航天飛行器、火箭發動機、核反應堆和化學工業等領域應用廣泛,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動機的研制需要。 [2]
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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上海秉爭實業 再說鎳基高溫合號之前,我們先來了解下鎳基高溫合金的種類、特點和用途:見下表
種類 表示 小分類 特點 用途
鎳基變形高溫合金 鎳基變形高溫合金以漢語拼音字母“GH” 加序號表示,如GH36、GH49、GH141等。 按強化可分為固溶強化鎳基變形高溫合金,弱時效強化鎳基變形高溫合金和強時效強化鎳基變形高溫合金3類。 鎳基變形高溫合金可采用常規的鍛、軋和等冷、熱變形手段加工成材。 鎳基變形高溫合金廣泛地用來制造噴氣發動機、各種工業燃氣輪機的熱端部件,如工作葉片,導向葉片、渦和室等。
鎳基鑄造高溫合金 以“K”加序號表示,如K1、K2等。 —
(1)疲勞性能稍差、塑性較低、使用中組織性有所下降;
(2)存在疏松,性能波動較大。
為了減輕這些缺點,1968年在美國首先研制了高硼低碳鎳基鑄造高溫合金。在鎳基鑄造高溫合金其他元素不變的情況下,將硼含量10~20倍,碳含量下降到0.01%~0.03%,而使合金的強度和塑性、疏松,了組織長期性等。這類合金已在美國實際應用。 鎳基鑄造高溫合金用于飛機、船舶、工業和車輛用燃氣輪機的關鍵的高溫部件,如渦輪機葉片、導向葉片和整體渦輪等。