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当前位置:首页 > 新闻信息 > 公司新闻 > 高温合金在航天发动机上的应用

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来源 : www.alloy-east.com   发布时间 : 2016-07-29

     航空发动机被称为“工业之花”,是航空工业中技术含量最高、难度******的部件之一。作为飞机动力装置的航空发动机,特别重要的是金属结构材料要具备轻质、高强、高韧、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等性能,这几乎是结构材料中最高的性能要求。
  
  高温合金是能够在600℃以上及一定应力条件下长期工作的金属材料。高温合金是为了满足现代航空发动机对材料的苛刻要求而研制的,至今已成为航空发动机热端部件不可替代的一类关键材料。目前,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。
  
  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。
  
  第一个阶段: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。
  
  第二个阶段: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。
  
  第三阶段: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。
  
  目前,我国的高温合金研究主要研究单位是钢铁研究总院、北京航空材料研究院、中国科学院金属研究所、北京科技大学、东北大学、西北工业大学等,主要生产企业有:中航工业、钢研高纳、炼石有色、抚顺特钢、高钢特钢和第二重型机械集团万航模锻厂(二重)等。在此基础上,我国已具备了高温合金新材料、新工艺自主研发和研究的能力。
  
  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。

 

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2018-11-09     变形高温合金主要为航天、航空、核能、石油民用工业提供结构锻件、饼材、环件、棒材、板材、管材、带材和丝材。
变形高温合金是指可以进行热、冷变形加工,工作温度范围-253~1320℃,具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标,具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能的一类合金。按其热处理工艺可分为固溶强化型合金和时效强化型合金。

    1、时效强化型合金 
  使用温度为-253~950℃,一般用于制作航空、航天发动机的涡轮盘与叶片等结构件。制作涡轮盘的合金工作温度为-253~700℃,要求具有良好的高低温强度和抗疲劳性能。例如:GH4169合金,在650℃的最高屈服强度达1000MPa;制作叶片的合金温度可达950℃,例如:GH220合金,950℃的拉伸强度为490MPa,940℃、200MPa的持久寿命大于40小时。
  2、固溶强化型合金 
  使用温度范围为900~1300℃,最高抗氧化温度达1320℃。例如GH128合金,室温拉伸强度为850MPa、屈服强度为350MPa;1000℃拉伸强度为140MPa、延伸率为85%,1000℃、30MPa应力的持久寿命为200小时、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天发动机燃烧室、机匣等部件。

2019-11-21就合金材料来说,有很多种类的区分,比如我们常见的锌合金材料,以及较为高端的软磁合金材料。就软磁合金材料来说,是多应用在高端行业中的,所以属于一种非常精密的合金材料。而我们常见的普通的就是锌合金材料,在使用时该注意什么呢?

首先,对于锌合金材料来说,他的抗腐蚀性比较的差,所以如果不加以注意,在食用中常会出现铸件老化变形,机械性差,时间长了可能还会出现破裂,所以在使用过程中,针对他的它这种弱抗腐蚀性,一定要做好保护保养工作。其次,是时效性的问题,因为铝合金材料所采用的是富含AI与CU及其他的物质组成的,所以他们在低温度溶解之后,到室外之后,溶解度就会大大饱和。但是如果长时间处于这种情况下,就会出现饱和度解除的情况,因此会造成他的形状与尺寸都会发生一些变化。

2017-01-13牌号:GH2136

GH2136合金是Fe-Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金,使用温度在700℃以下。该合金是在GH2132合金的基础上发展起来的,与之相比,降低了锰和硅含量,适当提高了钛、硼和碳含量,该合金在长期使用中降低了G相、σ相等脆性相的析出倾向,提高了合金在长期使用中组织及性能的稳性。合金具有良好的综合性能,长期使用组织稳定,有较好的抗氧化性,较小的线膨胀系数,易于焊接成形。主要产品有棒材和锻件等。 

GH2136高温合金已用于制作650℃-700℃工作的航空发动机涡轮盘及其他高温部件。

GH2136合金在600℃-700℃长期时效1000h-3000h后,合金中的γ‘相逐渐向η相转变,并降低蠕变和持久极限。胞状η相在800℃左右形成,在更高温度下呈现片状或魏氏体状,降低合金的冲击韧性和塑性。

用途:工业用的一般承力件等。。。高电阻电热合金(高镍及铁铬铝)、高温合金、精密合金、耐热合金、特种合金、不锈钢等都是常见和常用的镍铬合金.

2018-11-23    我们之前推出的特钢报告对整个特钢行业做出了全面的梳理,本篇报告则重点关注高温合金的发展现状和未来,以及下游航空航天核电和军工领域大发展对高温合金带来巨大的需求空间,我国相关的高温合金企业面临巨大的进口替代空间和行业发展空间,对相关标的维持推荐。
我国钢铁产业已经进入成熟阶段,普通大类特钢整体产量也进入峰值区间。2015上半年,中国特钢协会成员单位粗钢产量为6222万吨,同比减少2.91%。其中,普通钢同比减少4.14%,优质钢同比减少1.16%,特殊钢同比减少3.69%。特钢行业当前处于较为低效的运行状态,低端产品相对过剩,而高端产品相对不足。未来特钢行业的重点发展方向仍然是高端非标定制化产品。
  高温合金作为工业皇冠上的明珠材料,是特钢领域中最为高端的产品之一。
  高温合金材料最初主要应用于航空航天领域,由于其良好的耐高温,耐腐蚀等性能,逐渐被应用到电力,船舰,汽车,冶金,玻璃制造,原子能等工业领域,从而大大的拓展了应用领域。随着高温合金的发展,新型高温合金材料的出现,高温合金的市场需求处于逐步扩大和增长的趋势。从全球范围而言,高温合金年消费量达到28万吨,市场空间超过100亿美元。主要应用在航空航天领域(55%),其次是能源电力领域(20%),再次是机械汽车领域(10%)。而这一需求量随着未来全球高端工业发展将会继续提升。
   我国高温合金经过之前的快速发展,当前已经初具万吨左右的规模,未来随着我国国防军工航空航天等领域高端需求快速增长,高温合金面临着巨大的需求增长空间和进口替代空间。近今年来,我国大力推进的大飞机国产化和核电国产化等行业规划将会给高温合金带来巨大的需求空间。谨慎保守估计,未来20年我国每年高温合金的年平均需求量将会达到3.5万吨,需求总量将超过70万吨,其中航空发动机领域25万吨左右,燃气轮机领域12万吨左右,汽车领域21万吨左右,核电领域6万吨左右,市场空间有望继续提升。

2017-06-28GH3625高温合金的合金特性
对氧化和还原环境的各种腐蚀介质都具有非常出色的抗腐蚀能力
优秀的抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力,并且不会产生由于氯化物引起的应力腐蚀开裂
优秀的耐无机酸腐蚀能力,如硝酸、磷酸、硫酸、盐酸以及硫酸和盐酸的混合酸等
优秀的耐各种无机酸混合溶液腐蚀的能力
温度达40℃时,在各种浓度的盐酸溶液中均能表现出很好的耐蚀性能
良好的加工性和焊接性,无焊后开裂敏感性
具有壁温在-196~450℃的压力容器的制造认证
应用领域
含氯化物的有机化学流程工艺的部件,尤其是在使用酸性氯化物催化剂的场合
用于制造纸浆和造纸工业的蒸煮器和漂白池
烟气脱硫系统中的吸收塔、再加热器、烟气进口挡板、风扇(潮湿)、搅拌器、导流板以及烟道等
用于制造应用于酸性气体环境的设备和部件
乙酸和乙酐反应
相近牌号、化学成分与标准2.1、相近牌号
UNSNO6625Inconel625(美国)、NC22DNb(法国)、/.Nr.2.4856(德国)
执行标准
GJB1953-1994《航空发动机转动件用高温合金热轧棒材规范》
GJB2611-1996《航空用高温合金冷拉棒材规范》
GJB2612-1996《焊接用高温合金冷拉丝材规范》
GJB3020-1997《航空用高温合金环坯规范》
GJB3165-1998《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》
GJB3782-1999《航空用高温合金棒材规范》
HB5198-1982《航空叶片用变形高温合金棒材》
物理性能
3.1、密度
ρ=8.4g/cm3
3.2、熔化温度
1290~1350℃
金相组织结构
该合金为面心立方晶格结构。当在约650℃保温足够长时间后,将析出碳颗粒和不稳定的四元相并将转化为稳定的Ni3(Nb,Ti)斜方晶格相。固溶强化后镍铬矩阵中的钼、铌成分将提高材料的机械性能,但塑性会有所降低。


2021-06-01双相不锈钢具有良好的焊接性能,与铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢相比,它既不像铁素体不锈钢的焊接热影响区,由于晶粒严重粗化而使塑韧性大幅降低,也不像奥氏体不锈钢那样,对焊接热裂纹比较敏感。
       双相不锈钢由于其特殊的优点,广泛应用于石油化工设备、海水与废水处理设备、输油输气管线、造纸机械等工业领域,近些年来也被研究用于桥梁承重结构领域,具有很好的发展前景。
        “节约型双相钢"经常会出现的焊接性能问题。而焊接标准双相钢并不是一个问题,而且不论采用何种工艺,都有适合这些应用的焊材。从金相的角度来看,焊接2101(1.4162)根本就没有问题,实际上它甚至要比标准级的双相钢更加容易焊接,因为这种材料事实上可以采用乙炔焊工艺来进行焊接,而对于标准双相钢材料而言,始终必须避免使用这种工艺。焊接2101所面临的实际问题是熔池的粘度不同,因此可湿性差了一点。这迫使操作人员在焊接的过程中更加多地使用电弧焊,而这正是问题的所在。尽管可以通过选择超合金化焊材加以弥补,但是我们经常希望选择匹配的焊材。
       在2101中,也存在低温热影响区和高温热影响区中的显微结构之间的热影响区相互作用,比2304、2205或2507更加有利。在以2101进行试验时,也已经发现由于镍含量较低,因此产生了含有较多氮与锰的不同类型的"回火色",而这影响了腐蚀性能。在电弧和熔池中发生的这一成分损失是由于氮与锰的蒸发与熔敷,这对于双相钢等级的材料来说是一个新问题,因此在这次讲课中将作了较多描述。

2019-05-14一、概述
1991年英国焊接研究所(TWI)发明了搅拌摩擦焊(FSW),从此以后,基于这种固相连接技术的明显优越性,例如:优良的接头力学生能,不需要填充焊接材料,没有焊接烟法和飞溅,很少的焊前准备和焊接变形等,在世界范围内的合和中开展了大量的研究和开发工作。另外,搅拌摩擦焊铝合金材料都能焊接,如应用于航空、航天领域的2000系列、5000系列和7000系列高强铝合金,也可以利用这种先进的焊接方法得到高质量的连接。英国焊接研究所的Dave NICHOLAS订为,搅拌摩擦焊工艺是自激光焊接问世以来引人注目的焊接方法,它的出现将使铝合金等有色金属的连接技术发生革命性的进步。
2002年4月,北京航空制造工程研究所与英国焊接研究所(TWI)关于搅拌摩擦焊专利技术正式签约,并且取得了搅拌摩擦焊专利技术的独占性二级许可授予权,为中国市场开启了搅拌摩擦焊技术的研究、开发以及大规模工业化应用之门。
二、铝合金搅拌摩擦焊的应用现状
搅拌摩擦焊技术拥有诸多的优点,对于轻合金材料(如铝、铜、镁、锌等)的连接在焊接方法、力学性能和生产效率上具有其他焊接方法不可比拟的优越性。搅拌摩擦焊是一种固相连接方法,焊缝接头具有优良的力学性能和小的焊接变形,焊接过程中不需要添加保护气和焊丝,没有熔化、烟尘、飞溅及弧光,是一种环保型的新型连接技术。实际情况也的确如此,在FSW技术问世后的短短几年内,在焊接机理、适用材料、焊接设备以及工程化应用方面均取得了很大的进展。搅拌摩擦焊技术初主要用于解决铝合金、镁合金及锌合金等材料的焊接。关于搅拌摩擦焊工艺的特点和应用等,英国焊接研究所进行了较多的研究,关于1993年、1995年申请了世界范围内的专利保护。目前,该所主要是与航空、航天、船舶、高速列车及汽车等焊接设备制造厂和性的大公司联合,以团体赞助或合作的形式(TWI的GSP项目)研究、开发搅拌摩擦焊技术,不断扩大其应用范围。

2018-11-23高温合金是在高温严酷的机械应力和氧化、腐蚀环境下应用的一类合金。随着科技事业的发展,高温合金逐渐形成六个较为完整的部分。
一、变形高温合金
变形高温合金是指可以进行热、冷变形加工,工作温度范围-253~1320℃,具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标,具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能的一类合金。按其热处理工艺可分为固溶强化型合金和时效强化型合金。
1、固溶强化型合金
使用温度范围为900~1300℃,最高抗氧化温度达1320℃。例如GH128合金,室温拉伸强度为850MPa、屈服强度为350MPa;1000℃拉伸强度为140MPa、延伸率为85%,1000℃、30MPa应力的持久寿命为200小时、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天发动机燃烧室、机匣等部件。
2、时效强化型合金
使用温度为-253~950℃,一般用于制作航空、航天发动机的涡轮盘与叶片等结构件。制作涡轮盘的合金工作温度为-253~700℃,要求具有良好的高低温强度和抗疲劳性能。例如:GH4169合金,在650℃的最高屈服强度达1000MPa;制作叶片的合金温度可达950℃,例如:GH220合金,950℃的拉伸强度为490MPa,940℃、200MPa的持久寿命大于40小时。
变形高温合金主要为航天、航空、核能、石油民用工业提供结构锻件、饼材、环件、棒材、板材、管材、带材和丝材。
二、铸造高温合金
铸造高温合金是指可以或只能用铸造方法成型零件的一类高温合金。其主要特点是:
1.具有更宽的成分范围由于可不必兼顾其变形加工性能,合金的设计可以集中考虑优化其使用性能。如对于镍基高温合金,可通过调整成分使γ’含量达60%或更高,从而在高达合金熔点85%的温度下,合金仍能保持优良性能。
2.具有更广阔的应用领域由于铸造方法具有的特殊优点,可根据零件的使用需要,设计、制造出近终形或无余量的具有任意复杂结构和形状的高温合金铸件。
根据铸造合金的使用温度,可以分为以下三类:
第一类:在-253~650℃使用的等轴晶铸造高温合金这类合金在很大的范围温度内具有良好的综合性能,特别是在低温下能保持强度和塑性均不下降。如在航空、航天发动机上用量较大的K4169合金,其650℃拉伸强度为1000MPa、屈服强度850MPa、拉伸塑性15%;650℃,620MPa应力下的持久寿命为200小时。已用于制作航空发动机中的扩压器机匣及航天发动机中各种泵用复杂结构件等。
第二类:在650~950℃使用的等轴晶铸造高温合金这类合金在高温下有较高的力学性能及抗热腐蚀性能。例如K419合金,950℃时,拉伸强度大于700MPa、拉伸塑性大于6%;950℃,200小时的持久强度极限大于230MPa。这类合金适于用做航空发动机涡轮叶片、导向叶片及整铸涡轮。
第三类:在950~1100℃使用的定向凝固柱晶和单晶高温合金这类合金在此温度范围内具有优良的综合性能和抗氧化、抗热腐蚀性能。例如DD402单晶合金,1100℃、130MPa的应力下持久寿命大于100小时。这是国内使用温度最高的涡轮叶片材料,适用于制作新型高性能发动机的一级涡轮叶片。
随着精密铸造工艺技术的不断提高,新的特殊工艺也不断出现。细晶铸造技术、定向凝固技术、复杂薄壁结构件的CA技术等都使铸造高温合金水平大大提高,应用范围不断提高。
三、粉末冶金高温合金
采用雾化高温合金粉末,经热等静压成型或热等静压后再经锻造成型的生产工艺制造出高温合金粉末的产品。采用粉末冶金工艺,由于粉末颗粒细小,冷却速度快,从而成分均匀,无宏观偏析,而且晶粒细小,热加工性能好,金属利用率高,成本低,尤其是合金的屈服强度和疲劳性能有较大的提高。
FGH95粉末冶金高温合金,650℃拉伸强度1500MPa;1034MPa应力下持久寿命大于50小时,是当前在650℃工作条件下强度水平最高的一种盘件粉末冶金高温合金。粉末冶金高温合金可以满足应力水平较高的发动机的使用要求,是高推重比发动机涡轮盘、压气机盘和涡轮挡板等高温部件的选择材料。
四、氧化物弥散强化(ODS)合金
是采用独特的机械合金化(MA)工艺,超细的(小于50nm)在高温下具有超稳定的氧化物弥散强化相均匀地分散于合金基体中,而形成的一种特殊的高温合金。其合金强度在接近合金本身熔点的条件下仍可维持,具有优良的高温蠕变性能、优越的高温抗氧化性能、抗碳、硫腐蚀性能。
目前已实现商业化生产的主要有三种ODS合金:
MA956合金在氧化气氛下使用温度可达1350℃,居高温合金抗氧化、抗碳、硫腐蚀之首位。可用于航空发动机燃烧室内衬。
MA754合金在氧化气氛下使用温度可达1250℃并保持相当高的高温强度、耐中碱玻璃腐蚀。现已用于制作航空发动机导向器蓖齿环和导向叶片。
MA6000合金在1100℃拉伸强度为222MPa、屈服强度为192MPa;1100℃,1000小时持久强度为127MPa,居高温合金之首位,可用于航空发动机叶片。
五、金属间化合物高温材料
金属间化合物高温材料是近期研究开发的一类有重要应用前景的、轻比重高温材料。十几年来,对金属间化合物的基础性研究、合金设计、工艺流程的开发以及应用研究已经成熟,尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制备加工技术、韧化和强化、力学性能以及应用研究方面取得了令人瞩目的成就。
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)、高温高强度、高钢度以及优异的抗氧化、抗蠕变等优点,可以使结构件减重35~50%。Ni3Al基合金,MX-246具有很好的耐腐蚀、耐磨损和耐气蚀性能,展示出极好的应用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蚀性能,在中温(小于600℃)有较高强度,成本低,是一种可以部分取代不锈钢的新材料。
六、环境高温合金
在民用工业的很多领域,服役的构件材料都处于高温的腐蚀环境中。为满足市场需要,根据材料的使用环境,归类出系列高温合金。
1、高温合金母合金系列
2、抗腐蚀高温合金板、棒、丝、带、管及锻件
3、高强度、耐腐蚀高温合金棒材、弹簧丝、焊丝、板、带材、锻件
4、耐玻璃腐蚀系列产品
5、环境耐蚀、硬表面耐磨高温合金系列
6、特种精密铸造零件(叶片、增压涡轮、涡轮转子、导向器、仪表接头)
7、玻棉生产用离心器、高温轴及辅件8、钢坯加热炉用钴基合金耐热垫块和滑轨
9、阀门座圈
10、铸造“U”形电阻带
11、离心铸管系列
12、纳米材料系列产品
13、轻比重高温结构材料
14、功能材料(膨胀合金、高温高弹性合金、恒弹性合金系列)
15、生物医学材料系列产品
16、电子工程用靶材系列产品
17、动力装置喷嘴系列产品
18、司太立合金耐磨片
19、超高温抗氧化腐蚀炉辊、辐射管。

2021-01-16    随着全球锻造市场的稳步增长,精密合金材料的生产重心逐渐向中国、印度等发展中转移。在精密合金锻件生产方面,中国和欧洲是世界上主要的精密合金锻件生产基地。近年来,数据显示,这两个地区的精密合金锻件产量占全球的62%。欧盟凭借其强大的技术优势和广泛的应用市场,在全球精密合金锻造市场占有21%的份额。
    精密合金锻件的生产在我国有着广泛的发展和分布。中国是世界上比较大的发展中。精密合金锻件产量占世界的41%,但仍有很大的发展空间,特别是在大型高端精密合金锻件和特种合金精密锻件领域。同时,与发达相比,中国在人力资源方面具有明显优势。与其他发展中相比,我国拥有较为完善的精密合金材料产业体系。中国已经进入了以市场为主导的重工业时代。在政策的大力支持下,中国航天、工程机械、交通运输、交通运输、交通运输、交通运输、交通运输、交通运输、运输、运输、运输、运输、运输、运输、运输,运输,运输,运输,运输,运输,运输,运输,交通运输节能环保相关装备制造业的快速发展,必然会增加对精密合金锻件的市场需求,为精密合金锻造行业的发展提供良好的市场环境。

2018-12-17正是由于Incoloy 800为面心立方晶格结构。极低的碳含量和提高了的Ti:C 比率增加了结构的稳定性和******的抗敏化性以及抗晶间腐蚀性。950℃左右的低温退火保证了细晶结构。
所以Incoloy 800能耐很多腐蚀介质腐蚀。其较高的镍含量使其在水性腐蚀条件具有很好的抗应力腐蚀开裂性能。高铬含量使之具有更好的耐点腐蚀和缝隙腐蚀开裂性能。该合金具有很好的耐硝酸、有机酸腐蚀性,但是在硫酸和盐酸中的耐腐蚀性有限。除了在卤化物有可能发生点腐蚀外,在氧化性和非氧化性盐中有很好的耐腐蚀性。在水、蒸气以及蒸汽、空气、二氧化碳的混合物中也具有很好的耐腐蚀性。



 

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