變形高溫合金盤件用合金

渦輪盤是航空發(fā)動(dòng)機(jī)上一個(gè)十分重要的關(guān)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(fù)雜，且在輪心、輪緣、榫齒、槽底和腹板等各部位所受應(yīng)力、溫度、介質(zhì)作用程度都不同。因此，對(duì)渦輪盤材料性能提出如下典型要求：高的屈服強(qiáng)度；足夠的塑性儲(chǔ)備；足夠的蠕變、持久強(qiáng)度和塑性；高的疲勞強(qiáng)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(qiáng)化的鐵基或鎳基變形高溫合金，一些盤件開(kāi)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(wú)法替代變形高溫合金渦輪盤。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)用的機(jī)匣、轉(zhuǎn)子封嚴(yán)環(huán)和蜂窩環(huán)零件國(guó)內(nèi)外較多地采用低膨脹高溫合金制備。低膨脹合金是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)間隙控制技術(shù)，減少燃?xì)鈸p失和提高熱效率不可替代的功能結(jié)構(gòu)材料。低膨脹高溫合金的特點(diǎn)是綜合性能好、強(qiáng)度較高、膨脹系數(shù)低、彈性模量幾乎恒定，在約380℃(居里點(diǎn))以下至室溫，合金熱膨脹系數(shù)幾乎為常量。因此，采用低膨脹高溫合金制備的壓氣機(jī)匣在飛機(jī)巡航飛行時(shí)，有利于間隙的封嚴(yán)，提高壓氣效率，加大推力。我國(guó)研制的低膨脹高溫合金主要有GH2907、GH2909、GH4783等。我國(guó)新研制的GH4783是一種抗氧化新型低膨脹高溫合金，膨脹系數(shù)比GH4169合金低20%，密度比GH4169低20%，只有7.789/cm³，工作溫度可達(dá)750℃。對(duì)應(yīng)的美國(guó)牌號(hào)的Inconel783合金已被用作F-22戰(zhàn)斗機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)F119-PW的各種環(huán)形件。

我國(guó)應(yīng)用的板材變形合金主要有20多個(gè)牌號(hào)。它們的共同特點(diǎn)是塑性好，具有中等強(qiáng)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(dòng)機(jī)動(dòng)力裝置的燃燒室、加力燃燒室、飛機(jī)機(jī)尾罩、導(dǎo)流罩、襯筒和軍用衛(wèi)星毛細(xì)管等。航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室零件大多采用固溶強(qiáng)化合金制造。近期，發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中為了減輕結(jié)構(gòu)重量，采用時(shí)效強(qiáng)化的板材合金來(lái)制造燃燒室零件，取得了良好效果。采用時(shí)效強(qiáng)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(dòng)機(jī)重量，但其成形和焊接比固溶強(qiáng)化合金要困難。

此外，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，變形高溫合金還用于制備渦輪軸、渦輪葉片等。隨著先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的進(jìn)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(jìn)一步提高性能，滿足我國(guó)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制需要。

變形高溫合金不但是我國(guó)生產(chǎn)和研制新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)需要的重要材料，而且在艦船制造、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)、航天飛行器、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆和化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是一種十分重要的高溫材料。當(dāng)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(guò)不斷挖掘合金潛力，采用新技術(shù)、新工藝，可大幅提高變形高溫合金材料的質(zhì)量和性能，滿足我國(guó)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。須加大研究力度，進(jìn)一步提高性能，滿足我國(guó)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制需要。

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(qiáng)度和抗氧化、抗燃?xì)飧g的能力。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），金屬材料（二級(jí)學(xué)科），特殊用途金屬材料（三級(jí)學(xué)科），高溫合金（四級(jí)學(xué)科）

主要用來(lái)生產(chǎn)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(jī)匣、隔熱板、調(diào)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(guó)常用的固溶強(qiáng)化鎳基變形高溫合金列于表中。

GH3030合金是中國(guó)試制生產(chǎn)的第一個(gè)鎳基變形高溫合金，在國(guó)際上也是最早研制成功的高溫合金。該合金在英國(guó)為Nimonic75，在美國(guó)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(lái)的。在Ni-20Cr合金中加入少量鋁、鈦，使其強(qiáng)度提高很多，成為高溫合金。為了進(jìn)一步提高強(qiáng)度以滿足航空工業(yè)的需要，在GH3030合金基礎(chǔ)上不斷添加固溶強(qiáng)化元素鎢、鉬、鈷等，同時(shí)配合鈰、硼、鋯、鑭等晶界強(qiáng)化元素，結(jié)果形成了中國(guó)固溶強(qiáng)化鎳基變形高溫合金系列，最高使用溫度達(dá)950～1000 ℃，100h的持久強(qiáng)度。

特點(diǎn) 固溶強(qiáng)化鎳基變形高溫合金有如下特點(diǎn)：(1)高的鉻含量，達(dá)20%以上，因此具有良好的抗氧化耐腐蝕性能，適合在高溫燃?xì)鈿夥障麻L(zhǎng)期工作。(2)合金為單相奧氏體組織，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，時(shí)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(duì)較低的強(qiáng)度，容易進(jìn)行塑性變形，能軋成薄板材，可以深沖冷加工。(4)熱處理簡(jiǎn)單，只需很短時(shí)間退火便消除應(yīng)力，并可控制晶粒度。

應(yīng)用 固溶強(qiáng)化鎳基變形高溫合金在使用過(guò)程中可能會(huì)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(guò)高，以免降低塑性。GH141合金除固溶強(qiáng)化外，還有γ’相時(shí)效強(qiáng)化(見(jiàn)高溫合金時(shí)效強(qiáng)化)，加工塑性差些，適合用作在高溫下要求強(qiáng)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(zhǎng)期使用中會(huì)析出σ,μ等相(見(jiàn)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(qiáng)化元素，在650~1000℃范圍內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和良好的抗氧化、抗燃?xì)飧g能力的高溫合金。分為固溶強(qiáng)化型和析出強(qiáng)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(qiáng)化元素，在650~1000℃范圍內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和良好的抗氧化、抗燃?xì)飧g能力的高溫合金。分為固溶強(qiáng)化型和析出強(qiáng)化型兩類。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），金屬材料（二級(jí)學(xué)科），特殊用途金屬材料（三級(jí)學(xué)科），高溫合金（四級(jí)學(xué)科）