了解了鎳基高溫合號,我們再來了解下鎳基高溫合金不同牌號的特點:
合號 國外同類合金 材 料 特 點
GH3030 эи435 合金在800℃以下有滿意的熱強性和高的塑性,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)上進一步合金化,使合金具有良好的綜合性能,晶粒均勻,屈服強度高,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℃以下有中等的熱強性和良好熱疲勞性能,1000℃以下抗氧化性能良好,長期使用組織,還具有良好的冷成型和焊接性能。
GH3044 Эи868 固溶強化的抗氧化合金,在900℃以下具有高的塑性和中等熱強性,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度
GH80A Nimonic80A 合金成分簡單,性能與GH33合金相當,組織,熱加工溫度范圍寬,熱加工塑性好。
鑄造高溫合金是指可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金。其主要特點是:
1. 具有更寬的成分范圍 由于可不必兼顧其變形加工性能,合金的設(shè)計可以集中考慮優(yōu)化其使用性能。如對于鎳基高溫合金,可通過調(diào)整成分使γ’含量達60%或更高,從而在高達合金熔點85%的溫度下,合金仍能保持優(yōu)良性能。
2. 具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域 由于鑄造方法具有的特殊優(yōu)點,可根據(jù)零件的使用需要,設(shè)計、制造出近終形或無余量的具有任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)和形狀的高溫合金鑄件。
根據(jù)鑄造合金的使用溫度,可以分為以下三類:
第YI類:在-253~650℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在很大的范圍溫度內(nèi)具有良好的綜合性能,特別是在低溫下能保持強度和塑性均不下降。如在航空、航天發(fā)動機上用量較大的K4169合金,其650℃拉伸強度為1000MPa、屈服強度850MPa、拉伸塑性15%;650℃,620MPa應(yīng)力下的持久壽命為200小時。已用于制作航空發(fā)動機中的擴壓器機匣及航天發(fā)動機中各種泵用復(fù)雜結(jié)構(gòu)件等。
第二類:在650~950 ℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在高溫下有較高的力學性能及抗熱腐蝕性能。例如K419合金,950℃時,拉伸強度大于700MPa、拉伸塑性大于6%;950℃,200小時的持久強度極限大于230MPa。這類合金適于用做航空發(fā)動機渦輪葉片、導(dǎo)向葉片及整鑄渦輪。
第三類: 在950~1100℃ 使用的定向凝固柱晶和單晶高溫合金 這類合金在此溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的綜合性能和抗氧化、抗熱腐蝕性能。例如DD402單晶合金,1100℃、130MPa的應(yīng)力下持久壽命大于100小時。這是國內(nèi)使用溫度ZUI高的渦輪葉片材料,適用于制作新型高性能發(fā)動機的一級渦輪葉片。
隨著精密鑄造工藝技術(shù)的不斷提高,新的特殊工藝也不斷出現(xiàn)。細晶鑄造技術(shù)、定向凝固技術(shù)、復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)件的CA技術(shù)等都使鑄造高溫合金水平大大提高,應(yīng)用范圍不斷提高。
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變形合金和部分鑄造合金需進行熱處理,包括固溶處理、中間處理和時效處理,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,空冷;中間處理,1080℃,4小時,空冷;一次時效處理,843℃,24小時,空冷;二次時效處理,760℃,16小時,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)動機上一個十分重要的關(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,對渦 材料性能提出如下典型要求:高的屈服強度;足夠的塑性儲備;足夠的蠕變、持久強度和塑性;高的疲勞強度和低周疲勞性能;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)動機用的機匣、轉(zhuǎn)子封嚴環(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)動機實現(xiàn)間隙控制技術(shù),減少燃氣損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是綜合性能好、強度較高、膨脹系數(shù)低、彈性模量幾乎恒定,在約380℃(居里點)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匣在飛機巡航飛行時,有利于間隙的封嚴,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750℃。對應(yīng)的美國牌號的Inconel783合金已被用作F-22戰(zhàn)斗機用發(fā)動機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多個牌號。它們的共同特點是塑性好,具有中等強度,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)動機動力裝置的燃燒室、加力燃燒室、飛機機尾罩、導(dǎo)流罩、襯筒和軍用衛(wèi)星毛細管等。航空發(fā)動機燃燒室零件大多采用固溶強化合金制造。近期,發(fā)動機生產(chǎn)中為了減輕結(jié)構(gòu)重量,采用時效強化的板材合金來制造燃燒室零件,取得了良好效果。采用時效強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)動機重量,但其成形和焊接比固溶強化合金要困難。
此外,在航空發(fā)動機中,變形高溫合金還用于制備渦輪軸、渦輪葉片等。隨著先進航空發(fā)動機推重比的進一步提高,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,進一步提高性能,滿足我國先進航空發(fā)動機的研制需要。 [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)動機需要的重要材料,而且在艦船制造、工業(yè)燃氣輪機、航天飛行器、火箭發(fā)動機、核反應(yīng)堆和化學工業(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,滿足我國先進航空發(fā)動機的需求。須加大研究力度,進一步提高性能,滿足我國先進航空發(fā)動機的研制需要。 [2]