金属材料,高温合金匠心制造

1、航空航天领域
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。
航空发动机被称为“工业之花”，是航空工业中技术含量、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。
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 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。
2、能源领域
高温合金在能源领域中有着广泛的应用。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 [5]  。
我国上海电气、东方电气、哈尔滨汽轮机厂等大型发电设备制造集团在生产规模和生产技术等方面近年来有了较大提高，拉动了对发电设备用的涡 的需求。正在进行国产化研制的新一代发电装备－大型地面燃机（也可作舰船动力）取得了显著进展，实现量产后将带动对高温合金的需求。同时，核电设备的国产化，也将拉动对国产高温合金的需求。

1、含铼单晶叶片的研究
在单晶的成分设计中，要兼顾合金性能和工艺性能，由于单晶中不存在晶界，并应用在较为苛刻的环境下，所以引入了某些具有特殊作用的合金元素。随着单晶合金的发展，合金的化学成分具有如下变化趋势：引入Re元素，引入Ru、Ir等铂族元素，增加难熔元素W、Mo、Re、Ta的含量；难熔元素的加入总量增加，C、B、Hf等元素从“完全去除”转为“限量使用”；降低Cr含量从而允许加入更多其他的合金化元素而保持组织稳定。
含铼单晶叶片大幅了其耐温能力及蠕变强度。以PW公司的PWA1484、RR的CMSX-4，GE公司的Rene′N5为代表的第二代单晶合金与代单晶合金相比，通过加入3%的铼元素、适当增大了钴和钼元素的含量，使其工作温度提高了30℃，持久强度与抗氧化腐蚀能力达到很好的平衡。
含铼单晶叶片是未来航空发动机涡轮叶片的趋势。单晶叶片由于其耐温能力、蠕变强度、热疲劳强度、抗氧化性能和抗腐蚀特性较定向凝固柱晶合金有了显著提高，从而很快得到了航空燃气涡轮发动机界的普遍认可，几乎所有先进航空发动机都采用了单晶合金用作涡轮叶片 [6]  。

(2)半奥氏体沉淀硬化不锈钢。碳含量一般在0.1％左右，为改进铸造性能铸造钢的碳含量大于0.1％；他点的控制是本钢设计的关键，这类钢在固溶处理后为奥氏体组织，在此状态下进行加工、成形、焊接。在调整处理(碳化物析出过程)后马氏体点升高，降到室温后为马氏体组织或再通过简单的低温处理(-72℃)后转变成马氏体(即马氏体点在-72℃以上)；铬含量一般在14％以上，以保证良好的不锈性和耐蚀性；选择合适的铬、镍当量配比以降低钢中δ-铁素体的含量；钢中含有适量沉淀硬化元素。如钼、钛、铝、铌、铜等。有时钢中含钴，这一方面可以促进钼的强化作用，同时又不影响Ms点。
图1 0Cr17Ni7TiAl钢的热处理工艺
图2 0Cr17Ni4Cu4Nb钢的热处理工艺
(3)奥氏体沉淀硬化不锈钢。选择合适的铬、镍当量配比，使其形成非常稳定的奥氏体组织；为了弥补奥
半奥氏体沉淀硬化不锈钢热处理工艺
氏体强度的不足，通过加入铝、钛以形成Ni3Al、Ni3Ti，或加入磷形成M23(C＋P)6而进行强化。
热处理工艺 (1)马氏体沉淀硬化不锈钢。以OCrl7NiTiAl(Stainless W)和OCrl7Ni4Cu4Nb为例，其热处理工艺如图1和图2所示。
(2)半奥氏体沉淀硬化不锈钢。以0Cr15Ni7Mo2Al为例
(3)奥氏体沉淀硬化不锈钢。以0Cr15Ni25Ti2MoAlVB为例其热处理工艺