以镍为基体(含量一般大于50%) 在650~1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。
发展过程
镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti);为了提高蠕变强度又添加铝,研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期,苏联于40年代后期,中国于50年代中期也研制出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面:合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初,真空熔炼技术的发展,为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期,由于涡轮叶片工作温度的提高,要求合金有更高的高温强度,但是合金的强度高了,就难以变形,甚至不能变形,于是采用熔模精密铸造工艺,发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要,60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内,镍基合金的工作温度从 700℃提高到1100℃,平均每年提高10℃左右。
成分和性能
镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因,一是镍基合金中可以溶解较多合金元素,且能保持较好的组织稳定性;二是可以形成共格有序的 A3B型金属间化合物g'[Ni3(Al,Ti)]相作为强化相,使合金得到有效的强化,获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度;三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素,其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用,其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为:固溶强化元素,如钨、钼、钴、铬和钒等;沉淀强化元素,如铝、钛、铌和钽;晶界强化元素,如硼、锆、镁和稀土元素等。
镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。
固溶强化型合金
具有一定的高温强度,良好的抗氧化,抗热腐蚀,抗冷、热疲劳性能,并有良好的塑性和焊接性等,可用于制造工作温度较高、承受应力不大(每平方毫米几公斤力,见表1)的部件,如燃气轮机的燃烧室。
沉淀强化型合金
通常综合采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式,因而具有良好的高温蠕变强度、抗疲劳性能、抗氧化和抗热腐蚀性能,可用于制作高温下承受应力较高(每平方毫米十几公斤力以上,见表2) 的部件,如燃气轮机的涡轮叶片、涡轮盘等。
此外,镍基合金也可用做航天器、火箭发动机、核反应堆、石油化工和能源转换设备等的高温部件。在现代飞机发动机中,涡轮叶片几乎全部采用镍基合金制造。
2017-02-14
高温合金:研发实力是核心竞争力。我国高温合金领域的参与者包括大型钢企,如钢研高纳、抚顺特钢等;以及各高温合金研究院所,如北京航空材料研究院、钢铁研究总院、中科院金属研究所等。
大型钢企主要生产较大批量、技术含量较低的通用性产品,航材院等研究所致力于小批量,高技术含量的复杂产品。目前,大型钢企和高温合金研究所的合作愈加紧密,行业格局朝产研一体化发展。
钢铁研究总院:承担我国85%关键冶金新材料研制。作为我国冶金新材料的研发基地,钢铁研究总院承担了我国85%以上关键冶金新材料的研制任务,为"两弹一星"、"长征系列运载火箭"和"神舟"飞船等诸多国家重点工程研制生产了大量的关键材料,为我国的国民经济建设和国防建设做出了重大贡献。
北京航空材料研究院(621所):拥有国际合作优势的老牌强院。北京航空材料研究院(简称航材院)成立于1956年,是国内唯一面向航空,从事航空先进材料应用基础研究,材料研制与应用技术研究和工程化研究的综合性科研机构。高温结构材料研究是航材院的王牌之一。
中国科学院金属研究所:学术成果全国领先。研究部有20多项研究成果先后荣获国家、中科院和省(部、委)级奖励,其中包括国家科技进步一等奖,国际材料协会授予的“实用材料创新奖”等。近年来,研究部的科研人员获授权专利50余项,在国际材料领域的知名期刊ActaMater等发表文章百余篇。
万泽股份:坚定转型,剑指高温合金。公司大刀阔斧剥离房地产业务,定增紧跟高温合金政策热点。公司非公开发行拟募集资金总额不超过130000万元,限售期12个月。用于投资先进高温合金材料与构件制造建设项目,随着国家政策将航空发动机提升到国家战略发展高度,国内技术正处于加速发展阶段,产业链不断完善,未来国内市场潜力巨大。
联手中南,研发是核心竞争力。2014年,公司与中南大学联合投资设立了高端高温合金研发公司万泽中南研究院。目前万泽中南研究院已经搭建了核心技术团队,并开展了一系列卓有成效的前期工作。
炼石有色:炼航空之石,打造未“铼”之翼。公司铼资源全球优势凸显,铼金属储量大约占全国的40%,占全球铼储量的7.18%。2014年公司定增7858.5461万股,定增价格为10.18元/股,募集资金净额为78921.14万元,项目主要运用于航空发动机含铼高温合金叶片项目建设及补充流动性,计划新建一条80吨/年含铼高温合金生产线和一条55000片/年单晶叶片生产线。