高溫合金知識
高溫合金是在高溫嚴酷的機械應力和氧化、腐蝕環(huán)境下應用的一類合金。隨著科技事業(yè)的發(fā)展，高溫合金逐漸形成六個較為完整的部分。
    一、變形高溫合金
    變形高溫合金是指可以進行熱、冷變形加工，工作溫度范圍-253～1320℃，具有良好的力學性能和綜合的強、韌性指標，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金。按其熱處理工藝可分為固溶強化型合金和時效強化型合金。
    1、固溶強化型合金
    使用溫度范圍為900～1300℃，ZUI高抗氧化溫度達1320℃。例如GH128合金，室溫拉伸強度為850MPa、屈服強度為350MPa；1000℃拉伸強度為140MPa、延伸率為85%,1000℃、30MPa應力的持久壽命為200小時、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發(fā)動機燃燒室、機匣等部件。
    2、時效強化型合金
    使用溫度為-253～950℃，一般用于制作航空、航天發(fā)動機的渦 與葉片等結(jié)構(gòu)件。制作渦 的合金工作溫度為-253～700℃,要求具有良好的高低溫強度和抗疲勞性能。 例如：GH4169合金，在650℃的ZUI高屈服強度達1000MPa；制作葉片的合金溫度可達950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸強度為490MPa，940℃、200MPa的持久壽命大于40小時。
    變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業(yè)提供結(jié)構(gòu)鍛件、餅材、環(huán)件、棒材、板材、管材、帶材和絲材。
 

1、航空航天領域
我國發(fā)展自主航空航天產(chǎn)業(yè)研制先進發(fā)動機，將帶來市場對高端和新型高溫合金的需求增加。
航空發(fā)動機被稱為“工業(yè)之花”，是航空工業(yè)中技術含量、難度的部件之一。作為飛機動力裝置的航空發(fā)動機，特別重要的是金屬結(jié)構(gòu)材料要具備輕質(zhì)、高強、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能，這幾乎是結(jié)構(gòu)材料中的性能要求。
高溫合金是能夠在600℃以上及一定應力條件下長期工作的金屬材料。高溫合金是為了滿足現(xiàn)代航空發(fā)動機對材料的苛刻要求而研制的，至今已成為航空發(fā)動機熱端部件不可替代的一類關鍵材料。目前，在先進的航空發(fā)動機中，高溫合金用量所占比例已高達50%以上。
在現(xiàn)代先進的航空發(fā)動機中，高溫合金材料用量占發(fā)動機總量的40%~60%。在航空發(fā)動機上，高溫合金主要用于燃燒室、導向葉片、渦輪葉片和渦 四大熱段零部件；此外，還用于機匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。
2、能源領域
高溫合金在能源領域中有著廣泛的應用。煤電用高參數(shù)超超臨界發(fā)電鍋爐中，過熱器和再過熱器必須使用抗蠕變性能良好，在蒸汽側(cè)抗氧化性能和在煙氣側(cè)抗腐蝕性能優(yōu)異的高溫合金管材；在氣電用燃氣輪機中，渦輪葉片和導向葉片需要使用抗高溫腐蝕性能優(yōu)良和長期組織穩(wěn)定的抗熱腐蝕高溫合金；在核電領域中，蒸汽發(fā)生器傳熱管必須選用抗溶液腐蝕性能良好的高溫合金；在煤的氣化和節(jié)能減排領域，廣泛采用抗高溫熱腐蝕和抗高溫磨蝕性能優(yōu)異的高溫合金；在石油和天然氣開采，特別是深井開采中，鉆具處于4-150 ℃的酸性環(huán)境中，加之CO2，H2S和泥沙等的存在，必須采用耐蝕耐磨高溫合金 [5]  。
我國上海電氣、東方電氣、哈爾濱汽輪機廠等大型發(fā)電設備制造集團在生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)技術等方面近年來有了較大提高，拉動了對發(fā)電設備用的渦 的需求。正在進行國產(chǎn)化研制的新一代發(fā)電裝備－大型地面燃機（也可作艦船動力）取得了顯著進展，實現(xiàn)量產(chǎn)后將帶動對高溫合金的需求。同時，核電設備的國產(chǎn)化，也將拉動對國產(chǎn)高溫合金的需求。

1、含錸單晶葉片的研究
在單晶的成分設計中，要兼顧合金性能和工藝性能，由于單晶中不存在晶界，并應用在較為苛刻的環(huán)境下，所以引入了某些具有特殊作用的合金元素。隨著單晶合金的發(fā)展，合金的化學成分具有如下變化趨勢：引入Re元素，引入Ru、Ir等鉑族元素，增加難熔元素W、Mo、Re、Ta的含量；難熔元素的加入總量增加，C、B、Hf等元素從“完全去除”轉(zhuǎn)為“限量使用”；降低Cr含量從而允許加入更多其他的合金化元素而保持組織穩(wěn)定。
含錸單晶葉片大幅了其耐溫能力及蠕變強度。以PW公司的PWA1484、RR的CMSX-4，GE公司的Rene′N5為代表的第二代單晶合金與代單晶合金相比，通過加入3%的錸元素、適當增大了鈷和鉬元素的含量，使其工作溫度提高了30℃，持久強度與抗氧化腐蝕能力達到很好的平衡。
含錸單晶葉片是未來航空發(fā)動機渦輪葉片的趨勢。單晶葉片由于其耐溫能力、蠕變強度、熱疲勞強度、抗氧化性能和抗腐蝕特性較定向凝固柱晶合金有了顯著提高，從而很快得到了航空燃氣渦輪發(fā)動機界的普遍認可，幾乎所有先進航空發(fā)動機都采用了單晶合金用作渦輪葉片 [6]  。