高温合金知多少
来源:迅明
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作者:佚名
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发布时间: 2021-05-18
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高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，又被称为“超合金”，主要应用于航空航天领域和能源领域。
高温合金，顾名思义是指用于生产高温下（260摄氏度以上）长期使用的零部件的一类高性能的材料，其具有良好高的抗氧化性、抗蠕变性与持久强度。高温合金之所以如此的著名是因为其多用于航空航天工业，特别是用于制造航空发动机部件。这些部件包括航空发动机的：叶片、压气机环、涡轮盘、轴、燃烧室、加力燃烧室部件、高温合金紧固件。一般来讲，我们将高温合金分为四大家：铁基、镍铁基、镍基、钴基。铁基高温合金一般使用于700摄氏度以下使用；镍铁基就比它强一点，适合在800摄氏度左右使用；而镍基可以在900-1200摄氏度的环境中使用，镍基高温合金是我们目前使用的较为广泛和成熟的高温合金,如718（GH4169）、625（GH625）、A286（GH2132）等。钴基合金性能非常高。
自1956年第一炉高温合金GH3030试炼成功，迄今为止，我国高温合金的研究、生产和应用已历经60年的发展历程。60年的高温合金发展可以分为三个阶段。从1956年至20世纪70年代初是我国高温合金的创业和起始阶段。本阶段主要是仿制前苏联高温合金为主体的合金系列，如：GH4033，GH4049，GH2036，GH3030，K401和K403等。从20世纪70年代中至90年代中期，是我国高温合金的提高阶段。主阶段主要试制欧美型号的发动机，提高高温合金生产工艺技术和产品质量控制。从20世纪90年代中至今，是我国高温合金的全新发展阶段。本阶段主要是应用和开发了一批新工艺，研制和生产了一系列高性能、高档次的新合金。
虽然高温金属合金材料在我国已发展近60年，但行业发展仍处于成长期。由于高温金属合金材料领域具有较高技术含量，该行业企业拥有较深护城河。我国高温金属合金每年需求量在2万吨以上，国内年生产量在1万吨左右，市场容量超过80亿元，其中进口占比较大。未来20年我国各类军机采购需求在2800架左右，民用飞机采购数量在5400架左右，对应的高温合金需求在1500亿以上，再加上500亿的燃气轮机需求，仅高温合金空间一项就有2000亿的市场空间即将打开。
耐高温合金所具有的耐高温、耐腐蚀等性能主要取决于它的化学组成和组织结构。以GH4169镍基变形高温合金为例，可看出GH4169合金中铌含量高，合金中的铌偏析程度与冶金工艺直接相关，GH4169基体为Ni-Gr固溶体，含Ni 质量分数在50%以上可以承受1000℃左右高温，与美国牌号Inconel 718相似，合金由γ基体相、δ相、碳化物和强化相γ'和γ″相组成。GH4169合金的化学元素与基体结构显示了其强大的力学性能，屈服强度与抗拉强度都优于45钢数倍，塑性也要比45钢好。稳定的晶格结构和大量强化因子构造了其优良的力学性能。
我国发展自主航空航天产业研制先进发动机，将带来市场对高端和新型高温合金的需求增加。在先进的航空发动机中，高温合金用量所占比例已高达50%以上。在现代先进的航空发动机中，高温合金材料用量占发动机总量的40%~60%。在航空发动机上，高温合金主要用于燃烧室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘四大热段零部件；此外，还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。高温合金在能源领域中也有着广泛的应用。煤电用高参数超超临界发电锅炉中，过热器和再过热器必须使用抗蠕变性能良好，在蒸汽侧抗氧化性能和在烟气侧抗腐蚀性能优异的高温合金管材；在气电用燃气轮机中，涡轮叶片和导向叶片需要使用抗高温腐蚀性能优良和长期组织稳定的抗热腐蚀高温合金；在核电领域中，蒸汽发生器传热管必须选用抗溶液腐蚀性能良好的高温合金；在煤的气化和节能减排领域，广泛采用抗高温热腐蚀和抗高温磨蚀性能优异的高温合金；在石油和天然气开采，特别是深井开采中，钻具处于4-150 ℃的酸性环境中，加之CO2，H2S和泥沙等的存在，必须采用耐蚀耐磨高温合金。
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