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(fù)雜的合金。它被廣泛地應(yīng)用于制造各種高溫部件。同時(shí)，也是所有高溫合金中為注目的一種合金。它的相對(duì)使用溫度在所有普通合金系中也是的。目前，先進(jìn)的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中這種合金的比重在50%以上。
GH4169合金是由國(guó)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(shí)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(qiáng)化的一種鎳基變形高溫合金，在650℃以下具有高的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)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(nèi)組織性能穩(wěn)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(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)盤、壓氣機(jī)軸、壓氣機(jī)葉片、渦 、渦輪軸、機(jī)匣、緊固件和其它結(jié)構(gòu)件和板材焊接件等 [3]  。
我國(guó)于70年代開始研制GH4169合金，主要應(yīng)用于盤件，使用時(shí)間比較短，所以采用真空感應(yīng)加電渣重熔的雙聯(lián)工藝。八十年代開始應(yīng)用于航空領(lǐng)域，提高和改進(jìn)材料質(zhì)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(dāng)前GH4169合金的主要研究方向?yàn)椋?br /> （1）改進(jìn)冶煉工藝，量化冶煉參數(shù)，實(shí)現(xiàn)程序穩(wěn)定操作，使合金顯組織更加均勻，從而得到優(yōu)良的屈服和疲勞強(qiáng)度以及抗裂紋擴(kuò)展止裂能力，提高低周疲勞強(qiáng)度等；
（2）改進(jìn)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(duì)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(xì)晶坯料成為現(xiàn)在的主要研究方向之一；
（3）改進(jìn)使用設(shè)計(jì)。由于GH4169的工作溫度不能高于650℃，所以應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)零部件的冷卻，充分發(fā)揮該高溫合金的高性能、低成本等優(yōu)點(diǎn)；
（4）提高組織穩(wěn)定性能。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件的長(zhǎng)壽命要求，對(duì)于提高GH4169合金長(zhǎng)期時(shí)效組織穩(wěn)定性方面也是至關(guān)重要的。
2、單晶高溫合金
目前單晶合金材料已發(fā)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(lái)要進(jìn)一步滿足先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求，葉片的研制材料要進(jìn)一步拓展，陶瓷基復(fù)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(huán)境下的使用。
單晶高溫合金葉片研制難度和周期與其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性有關(guān)，普通復(fù)雜程度的單晶葉片研制周期較短，但在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用也需經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間。從單晶實(shí)心葉片到單晶空心葉片、到氣冷復(fù)雜空心葉片等，技術(shù)難度跨度很大，相應(yīng)的研制周期跨度也較大。一般一種普通復(fù)雜程度的單晶空心葉片從圖紙確認(rèn)、模具設(shè)計(jì)到試制、再到小批投產(chǎn)，需要1～2年時(shí)間。但單晶葉片由于其復(fù)雜的服役環(huán)境，需要進(jìn)行大量的驗(yàn)證試驗(yàn)，一般一種普通結(jié)構(gòu)的單晶空心葉片從研制出來(lái)以后到航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用需5～10年的時(shí)間，有的隨發(fā)動(dòng)機(jī)研制進(jìn)度，甚至需要15年或更長(zhǎng)的時(shí)間 [4]  。

 

五、造與熱處理
1：加熱 對(duì)于哈氏B-2合金來(lái)說(shuō)，在加熱前和加熱過(guò)程中表面保持清潔并遠(yuǎn)離污染物是十分重要的。如果哈氏B-2合金在含有硫、磷、鉛或其他低熔點(diǎn)金屬污染物的環(huán)境下加熱，則會(huì)變脆，這些污染物的來(lái)源主要包括標(biāo)記筆痕跡、溫度指示漆、油脂和液體、煙氣。此煙氣必須含硫低；例如：天然氣和液化石油氣含硫量不超過(guò)0.1%，城市空氣含硫量不超過(guò)0.25g/m3,燃料油的含硫量不超過(guò)0.5%即為合格。 對(duì)加熱爐的氣體環(huán)境要求是中性環(huán)境或輕還原性環(huán)境，并且不可以在氧化性和還原性之間波動(dòng)。爐中的火焰不可以直接沖擊哈氏B-2合金。同時(shí)要以快的加熱速度把材料加熱到要求達(dá)到的溫度，即要求首先要把加熱爐的溫度上升到要求溫度，再把材料放入爐中加熱。
2：熱加工 哈氏B-2合金可以在900~1160℃范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工，加工過(guò)后應(yīng)該以水淬火。為了確保有的耐蝕性能，熱加工過(guò)后應(yīng)該退火。
3：冷加工 冷加工的哈氏B-2合金必須經(jīng)過(guò)固溶處理，由于其具有比奧氏體不銹鋼高得多的加工硬化率，所以成形設(shè)備要細(xì)心考慮。如果執(zhí)行了冷成形工藝，那么有必要進(jìn)行級(jí)間退火。 冷加工變形量超過(guò)15%時(shí)，使用前要固溶處理。
4：熱處理 固溶熱處理溫度要控制在1060~1080℃之間，之后進(jìn)行水冷淬火或材料厚度在1.5mm以上時(shí)可以快速空冷以獲得的耐蝕性能。在任何加熱操作過(guò)程中，材料的表面清潔均要有預(yù)先的防范。哈氏合金材料或設(shè)備部件在進(jìn)行熱處理時(shí)要注意以下一些問(wèn)題：為了防止設(shè)備部件熱處理變形，應(yīng)采用不銹鋼加強(qiáng)環(huán)；對(duì)裝爐溫度、加熱和冷卻時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制；裝爐前，對(duì)熱處理件進(jìn)行預(yù)處理，防止產(chǎn)生熱裂紋；熱處理后，對(duì)熱處理件PT；在熱處理過(guò)程中如產(chǎn)生熱裂紋，經(jīng)過(guò)打磨后需補(bǔ)焊者，要采用專門的補(bǔ)焊工藝。
5：除垢 哈氏B-2合金表面的氧化物和焊縫附近的污點(diǎn)都要以精細(xì)的砂輪等打磨干凈。 由于哈氏B-2合金對(duì)氧化性介質(zhì)比較敏感，因此酸洗過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較多的含氮元素的氣體。
6：機(jī)加工 哈氏B-2合金要以退火狀態(tài)進(jìn)行機(jī)加工，對(duì)它的加工硬化要有清醒的認(rèn)識(shí)，例如：相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼要采用較慢的表面切削速度，對(duì)于表面的硬化層要采用較大的進(jìn)刀量，并使刀具處于連續(xù)的工作狀態(tài)。
7：焊接 哈氏B-2合金焊縫金屬及熱影響區(qū)由于易析出β相而導(dǎo)致貧Mo，從而易于產(chǎn)生晶間腐蝕，因此，哈氏B-2合金的焊接工藝應(yīng)謹(jǐn)慎制定，嚴(yán)格控制。一般焊接工藝如下：焊材選用ERNi-Mo7；焊接方法GTAW；控制層間溫度不大于120℃；焊絲直徑φ2.4、φ3.2；焊接電流90~150A。同時(shí)，施焊前，焊絲、被焊接件坡口及相鄰部位應(yīng)進(jìn)行去污脫脂處理。 哈氏B-2合金熱傳導(dǎo)系數(shù)比鋼小得多，如選用單V型坡口，則坡口角度要在70°左右，采用較低的熱輸入量。 通過(guò)焊后熱處理可以殘余應(yīng)力并改善抗應(yīng)力腐蝕斷裂性能。

鎳基合金，特別是沉淀強(qiáng)化型合金含有較高的鋁、鈦等合金元素。通常采用真空感應(yīng)爐熔煉，并經(jīng)真空自耗爐或電渣爐重熔。熱加工采用鍛造、軋制工藝，對(duì)于高合金化合金，由于熱塑性差，則采用擠壓開坯后軋制或用軟鋼(或不銹鋼)包套直接擠壓工藝。鑄造合金通常用真空感應(yīng)爐熔煉母合金，并用真空重熔-精密鑄造法制成零件。
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]