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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;并具有较高的高温强度,-的化和抗腐蚀性能,-的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织,在各种温度下具有-的组织性和使用-性。
基于上述性能特点,且高温合金的合金化程度较高,又被称为 “ 超合金 ” ,是广泛应用于、、石油、化工、舰船的一种重要材料。按基体元素来分,高温合金又分为铁基、镍基、钴基等高温合金。铁基高温合金使用温度一般只能达到 750~780℃ ,对于在更高温度下使用的耐热 部件 ,则采用镍基和难熔金属为基的合金。 镍基高温合金在整个高温合金领域占有特殊重要的-,它广泛地用来制造喷气发动机、各种工业燃气轮机热端部件。
1 、发展
从 20 世纪 30 年代后期起,英、德、美等国就开始研究高温合金。-次大战期间,为了新型发动机的需要,高温合金的研究和使用进入了蓬展时期。 40 年代初,英国首先在 80ni-20cr 合金中加入少量铝和钛,形成 γ 相以进行强化,研制成种具有较高的高温强度的镍基合金。同一时期,美国为了适应式发动机用涡轮增压器发展的需要,开始用 vitallium 钴基合金制作叶片。
此外,美国还研制出 inconel 镍基合金,用以制作喷气发动机的室。以后,冶金学家为进一步合金的高温强度,在镍基合金中加入钨、钼、钴等元素,铝、钛含量,研制出一系列牌号的合金,如英国的 “nimonic” ,美国的 “mar-m” 和 “in” 等 ; 在钴基合金中 , 加入镍、钨等元素,发展出多种高温合金,如 x-45 、 ha-188 、 fsx-414 等。由于钴资源,钴基高温合金发展受到。
40 年代,铁基高温合金也了发展, 50 年代出现 a-286 和 incoloy901 等牌号,但因高温性较差,从 60 年代以来发展较慢。苏联于 1950 年前后开始生产 “эи” 牌号的镍基高温合金,后来生产 “эп” 系列变形高温合金和 жс 系列铸造高温合金。 70 年代美国还采用新的生产工艺制造出定向结晶叶片和粉末冶金涡,研制出单晶叶片等高温合金部件,以适应发动机涡轮进口温度不断的需要。
发展至今,市场每年高温金属合金消费量在 30 万吨,广泛应用于各个领域:过去多年,全球业对新能源飞机需求,目前空客与波音已有超万架此类飞机等待交付。而精密机件公司是全球高温合金复杂金属零部件和产品制造的-,也为、化学加工、石油和天然气的冶炼以及污染的等行业提供所需的镍钴等高温合金。精密机件公司就是波音、空客、劳斯莱斯、庞巴迪等企业的零配件制造商 [1] 。
2 、-发展
自 1956 年炉高温合金 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。
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-高温合金为主体的合金系列,如: gh4033 , gh4049 , gh2036 , gh3030 , k401 和 k403 等。
-个阶段:从 20 世纪 70 年代中至 90 年代中期,是我国高温合金的阶段。主阶段主要试制欧美型号的发动机,高温合金生产工艺技术和产品控制。
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了一批新工艺,研制和生产了一系列-、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、北京材料研究院、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-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。
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,-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。
我国目前的生产能力与需求相比存在两个缺口:( 1 )生产能力不足。目前我国高温合金生产企业数量有限,生产能力与需求之间存在较大缺口,在燃气轮机、核电等领域的高温合金主要还依赖进口。( 2 )-产品难以应用需求。我国的高温合金生产水平与美国、等国有着较大差距,随着我国研制更-的发动机,高温合金材料在供应上存在无法应用需求的现象 [1] 。
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