高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的一類金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能，又被稱為“超合金，”主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域和能源領(lǐng)域。
高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的一類金屬材料；并具有較高的高溫強(qiáng)度，良好的抗氧化和抗腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。高溫合金為單一奧氏體組織，在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性。
基于上述性能特點(diǎn)，且高溫合金的合金化程度較高，又被稱為“超合金”，是廣泛應(yīng)用于航空、航天、石油、化工、艦船的一種重要材料。按基體元素來(lái)分，高溫合金又分為鐵基、鎳基、鈷基等高溫合金。鐵基高溫合金使用溫度一般只能達(dá)到750~780℃，對(duì)于在更高溫度下使用的耐熱部件，則采用鎳基和難熔金屬為基的合金。 鎳基高溫合金在整個(gè)高溫合金領(lǐng)域占有特殊重要的地位，它廣泛地用來(lái)制造航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件。
1、國(guó)際發(fā)展
從20世紀(jì)30年代后期起，英、德、美等國(guó)就開(kāi)始研究高溫合金。第二次世界大戰(zhàn)期間，為了滿足新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，高溫合金的研究和使用進(jìn)入了蓬勃發(fā)展時(shí)期。40年代初，英國(guó)首先在80Ni-20Cr合金中加入少量鋁和鈦，形成γ相以進(jìn)行強(qiáng)化，研制成種具有較高的高溫強(qiáng)度的鎳基合金。同一時(shí)期，美國(guó)為了適應(yīng)活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)用渦輪增壓器發(fā)展的需要，開(kāi)始用Vitallium鈷基合金制作葉片。
此外，美國(guó)還研制出Inconel鎳基合金，用以制作噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。以后，冶金學(xué)家為進(jìn)一步提高合金的高溫強(qiáng)度，在鎳基合金中加入鎢、鉬、鈷等元素，增加鋁、鈦含量，研制出一系列牌號(hào)的合金，如英國(guó)的“Nimonic”，美國(guó)的“Mar-M”和“IN”等;在鈷基合金中,加入鎳、鎢等元素，發(fā)展出多種高溫合金，如X-45、HA-188、FSX-414等。由于鈷資源缺乏，鈷基高溫合金發(fā)展受到限制。
40年代，鐵基高溫合金也得到了發(fā)展，50年代出現(xiàn)A-286和Incoloy901等牌號(hào)，但因高溫穩(wěn)定性較差，從60年代以來(lái)發(fā)展較慢。蘇聯(lián)于1950年前后開(kāi)始生產(chǎn)“ЭИ”牌號(hào)的鎳基高溫合金，后來(lái)生產(chǎn)“ЭП”系列變形高溫合金和ЖС系列鑄造高溫合金。70年代美國(guó)還采用新的生產(chǎn)工藝制造出定向結(jié)晶葉片和粉末冶金渦 ，研制出單晶葉片等高溫合金部件，以適應(yīng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口溫度不斷提高的需要。
發(fā)展至今，國(guó)際市場(chǎng)每年高溫金屬合金消費(fèi)量在30萬(wàn)噸，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域：過(guò)去多年，全球航天業(yè)對(duì)新能源飛機(jī)需求旺盛，目前空客與波音已有超萬(wàn)架此類飛機(jī)等待交付。而精密機(jī)件公司是全球高溫合金復(fù)雜金屬零部件和產(chǎn)品制造的龍頭企業(yè)，也為航空航天、化學(xué)加工、石油和天然氣的冶煉以及污染的防治等行業(yè)提供所需的鎳鈷等高溫合金。精密機(jī)件公司就是波音、空客、勞斯萊斯、龐巴迪等軍工航天企業(yè)的指定零配件制造商 [1] 。
變形合金和部分鑄造合金需進(jìn)行熱處理，包括固溶處理、中間處理和時(shí)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(shí)，空冷；中間處理，1080℃，4小時(shí)，空冷；一次時(shí)效處理，843℃，24小時(shí)，空冷；二次時(shí)效處理，760℃，16小時(shí)，空冷。以獲得所要求的組織狀態(tài)和良好的綜合性能。
渦 是航空發(fā)動(dòng)機(jī)上一個(gè)十分重要的關(guān)鍵零件。渦 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 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 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 無(wú)法替代變形高溫合金渦 。 [1]
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。 [1]
發(fā)展前景編輯
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。 [2]
秉爭(zhēng)實(shí)業(yè)(韶關(guān)市分公司)先后引進(jìn)了美國(guó)、德國(guó)、日本、澳大利亞等的先進(jìn)技術(shù)和工藝，建立了先進(jìn)的 哈氏合金生產(chǎn)線和現(xiàn)代化檢測(cè)廠地，并成立了 哈氏合金研究團(tuán)隊(duì)。 公司以科學(xué)的管理方法，精益求精的制造工藝，勇于創(chuàng)新的制造理念迅速壯大成為中國(guó) 哈氏合金生產(chǎn)和出口廠地。
了解了鎳基高溫合號(hào)，我們?cè)賮?lái)了解下鎳基高溫合金不同牌號(hào)的特點(diǎn)：
合號(hào) 國(guó)外同類合金 材 料 特 點(diǎn)
GH3030 эи435 合金在800℃以下有滿意的熱強(qiáng)性和高的塑性，具有良好的抗氧化、熱疲勞、冷沖壓和焊接工藝性能。
GH4033 эи437 合金在700~750℃具有足夠的高溫強(qiáng)度，在900℃以下具有良好的抗氧化性，合金的冷熱加工性能良好。
GH33A 在GH33合金的基礎(chǔ)上進(jìn)一步合金化，使合金具有良好的綜合性能，晶粒均勻，屈服強(qiáng)度高，易于熱加工成型，使用溫度在750℃以下。
GH33B 在GH33A的基礎(chǔ)上添加量元素，進(jìn)一步合金的塑性和持久壽命，了合金的缺口性。
GH37 эи617 合金在850℃以下使用具有高的熱強(qiáng)性、良好的綜合性能和組織性。
GH3039 Эи602 合金在800℃以下有中等的熱強(qiáng)性和良好熱疲勞性能，1000℃以下抗氧化性能良好，長(zhǎng)期使用組織，還具有良好的冷成型和焊接性能。
GH3044 Эи868 固溶強(qiáng)化的抗氧化合金，在900℃以下具有高的塑性和中等熱強(qiáng)性，具有優(yōu)良的抗氧化性能和良好的沖壓、焊接工藝性能，長(zhǎng)期使用組織性能。
GH4049 Эи929 合金為高合金化的鎳基難變形高溫合金，在1000℃以下具有良好的抗氧化性能，950℃以下具有較高的高溫強(qiáng)度
GH80A Nimonic80A 合金成分簡(jiǎn)單，性能與GH33合金相當(dāng)，組織，熱加工溫度范圍寬，熱加工塑性好。
