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(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,滿足我國先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制需要。 [2]
金屬間化合物高溫材料是近期研究開發(fā)的一類有重要應(yīng)用前景的、輕比重高溫材料。十幾年來,對(duì)金屬間化合物的基礎(chǔ)性研究、合金設(shè)計(jì)、工藝流程的開發(fā)以及應(yīng)用研究已經(jīng)成熟,尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制備加工技術(shù)、韌化和強(qiáng)化、力學(xué)性能以及應(yīng)用研究方面取得了令人矚目的成就。
Ti3Al基合金(TAC-1),TiAl基合金(TAC-2)以及Ti2AlNb基合金具有低密度(3.8~5.8g/cm3)、高溫高強(qiáng)度、高鋼度以及優(yōu)異的抗氧化、抗蠕變等優(yōu)點(diǎn),可以使結(jié)構(gòu)件減重35~50%。 Ni3Al基合金,MX-246具有很好的耐腐蝕、耐磨損和耐氣蝕性能,展示出極好的應(yīng)用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蝕性能,在中溫(小于600℃)有較高強(qiáng)度,成本低,是一種可以部分取代不銹鋼的新材料。
六、環(huán)境高溫合金
在民用工業(yè)的很多領(lǐng)域,服役的構(gòu)件材料都處于高溫的腐蝕環(huán)境中。為滿足市場需要,根據(jù)材料的使用環(huán)境,歸類出系列高溫合金。
1、 高溫合金母合金系列
2、 抗腐蝕高溫合金板、棒、絲、帶、管及鍛件
3、 高強(qiáng)度、耐腐蝕高溫合金棒材、彈簧絲、焊絲、板、帶材、鍛件
4、 耐玻璃腐蝕系列產(chǎn)品
5、 環(huán)境耐蝕、硬表面耐磨高溫合金系列
6、 特種精密鑄造零件(葉片、增壓渦輪、渦輪轉(zhuǎn)子、導(dǎo)向器、儀表接頭)
7、 玻棉生產(chǎn)用離心器、高溫軸及輔件 8、 鋼坯加熱爐用鈷基合金耐熱墊塊和滑軌
9、 閥門座圈
10、 鑄造“U”形電阻帶
11、 離心鑄管系列
12、 納米材料系列產(chǎn)品
13、 輕比重高溫結(jié)構(gòu)材料
14、 功能材料(膨脹合金、高溫高彈性合金、恒彈性合金系列)
15、 生物醫(yī)學(xué)材料系列產(chǎn)品
16、 電子工程用靶材系列產(chǎn)品
17、 動(dòng)力裝置噴嘴系列產(chǎn)品
18、 司太立合金耐磨片
19、 超高溫抗氧化腐蝕爐輥、輻射管。
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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)部件的長壽命要求,對(duì)于提高GH4169合金長期時(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年或更長的時(shí)間 [4] 。