第20卷 第1期2000年3月
航 空 材 料 学 报
JOURNAL OF AERONAUT ICAL M ATERIALS
Vol.20,No.1
M arch2000
铸造高温合金发展的回顾与展望
陈荣章1 王罗宝1 李建华2
(1.北京航空材料研究院,北京100095; 2.中国人民大学,北京100872)
摘要:回顾了20世纪40年代以来铸造高温合金发展中的若干重大事件:叶片以铸代锻;真空
熔炼技术;定向凝固及单晶合金;合金成分设计;Ni3Al基铸造高温合金;合金凝固过程数值
模拟;细晶铸造。展望了铸造高温合金21世纪的发展:单晶高温合金仍然是最重要的涡轮叶
片材料;继续靠工艺的发展挖掘合金潜力;发展有希望的替代材料。
关键词:合金发展;铸造高温合金;燃气涡轮叶片
中图分类号:T G24 文献标识码:A 文章编号:1005 5053(2000)01 0055 07
自从20世纪40年代初期第一台航空喷气发动机采用第一个铸造涡轮工作叶片以来,铸造高温合金的发展经历了一段曲折而又辉煌的历程。众所周知,航空发动机的发展与高温合金的发展是齐头并进、密不可分的,前者是后者的主要动力,后者是前者的重要保证。占据着航空发动机中温度最高、应力最复杂的位置的铸造涡轮叶片的合金发展尤其是这样。半个世纪以来,航空发动机涡轮前温度从40年代的730 提高到90年代的1677 ,推重比从大约3提高到10[1],这一巨大进展固然离不开先进的设计思想、精湛的制造工艺以及有效的防护涂层,但是,高性能的铸造高压涡轮叶片合金的应用更是功不可没。40年代以来,标志着铸造高温合金性能水平的在140M Pa/100h条件下的承温能力从750 左右提高到当前的1200 左右(图1),是十分令人鼓舞的巨大成就。在这世纪之初回顾铸造高温合金发展的历程,不能不提到如下几件使人难忘的重大事件。
叶片以铸代锻
1943年,美国GE公司为其J 33航空发动机选用了钴基合金H S 21制作涡轮工作叶片,代替原先用的锻造高温合金H astelloy B。当时为了考核铸造高温合金作为转动件的可靠性,宇航局(NASA)有关部门曾对两种合金叶片同时进行台架试车鉴定。结果表明, HS 21完全可以代替H astelloy B制作涡轮转子叶片,从此开创了使用铸造高温合金工作叶片的历史[2,3]。之后,又谨慎地对X 40,GM R 235等铸造合金进行类似的考核研究,使铸造叶片的应用有所扩大。随着发动机推力的增大,叶片尺寸增大,当时发现叶片的主要失效模式从蠕变断裂转变为疲劳断裂,而铸造叶片由于晶粒粗大且不均匀,疲劳性能远低于锻造合金,加之当时出现了性能较高的沉淀硬化型镍基锻造高温合金,例如Nimonic80A, Udimet500,W aspaloy, 437 , 617等,而且锻造技术有所进步,这就使设计师又把叶片选
收稿日期:1999 09 20
作者简介:陈荣章(1937 ),男,研究员
图1 中、美、英各时期的典型铸造高温合金及其性能水平F ig.1 T emperature capabilit y of typical casting super alloys in different perio d 材的重点放在锻造合金上。
到60年代初,由于发动机
工作温度提高,要求叶片合
金的热强性能进一步提高,
使高温合金合金化程度不断
提高,于是出现了复杂合金
化与压力加工困难的矛盾,
并且越来越尖锐,加之这一
时期铸造技术进步(多层壳
型、真空浇注、晶粒控制
等),使合金性能和叶片质
量提高,出现了大批复杂合
金化的高性能合金如:In
100,B1900,
6 ,M AR M 200,
In 713、G64,
MAR M002,Rene 125等[6],使铸造高温合金
叶片的应用越来越广泛,而
且都是用在燃气涡轮中温度最高的高压涡轮部位。原先比较谨慎的英国、前苏联的发动机也相继大量应用铸造叶片。我国第一个铸造高温合金是北京航空材料研究院于1958年研制的K401合金,用作WP6发动机的导向叶片。我国第一个铸造涡轮工作叶片是60年代初在黎明发动机厂研制的WP 6S 发动机一级涡轮叶片(K406合金),通过了台架试车[5]。70年代中期,由中科院金属研究所研制成功的K417镍基铸造高温合金制作涡轮叶片用于WP 7型发动机,投入生产,成为我国最先服役于航线的铸造涡轮叶片合金[5]。70年代之后,由于定向凝固和单晶合金的出现,使得所有国家的先进新型发动机几乎无一例外地选用铸造高温合金制作最高温区工作的叶片,从此确立了铸造高温合金叶片的稳固地位。真空熔炼技术
50年代初,由F.D.Daramava 发明的真空熔炼技术堪称高温合金发展史上最重大的事件之一[2]。无论对铸造合金还是锻造合金,真空熔炼可以大大减少有害于合金性能的杂质含量,有效地控制活性元素,从而精确控制合金的总体成分,还可以直接浇注成复杂形状的铸件。当时发明的真空炉,虽然容量只有几公斤,但是人们将永远铭记它,它是当今容量达60t 的真空感应炉的先驱,也是当今遍布大小冶金企业的种类繁多的真空炉(如:真空感应炉、真空电弧炉、真空自耗炉、定向凝固炉)的先驱。从那时起,铸造高温合金的发展又跨入一个新时期,陆续出现一大批真空熔炼的复杂合金化高性能合金,如:IN100,B1900,M M002,Rene 125,M M246, 6 ,K419等等。我国第一台真空熔炼炉是中科院金属研究所于50年代末建立的容量为5kg 的真空感应炉,对新合金的研56 航 空 材 料 学 报 第20卷
究起了重大作用[5]。随着真空熔炼技术的不断进步,合金的洁净度越来越高,美国CM 公司发展的优质级高温合金熔炼技术使合金的杂质含量降低到很低水平,例如,对40个小炉(容量~150kg)和3个大炉(容量~3850kg )熔炼的第三代单晶合金CM SX 10的母合金统计:S,~0.0001%;[N]和[O],~0.0001%;Si,<0.01[4]。显然,母合金洁净度提高对铸件性能是极为有利的。
定向凝固及单晶合金
60年代初期,美国PW 公司在研究M AR M 200合金过程中发现该合金虽然高温强度很高,但中温性能尤其是中温塑性很低,其蠕变过程不出现第三阶段,涡轮叶片在工作中发生无预兆的断裂。另外在其他合金中也发现类似的中温 塑性低谷 问题。为解决此问题,人们从成分和工艺方面采取多种措施。其中, F.L.Varsnyder 发明的高温合金定向凝固技术是一个成功的范例,并由此导致铸造高温合金进入一个崭新的发展阶段。定向凝固使合金的结晶方向平行于零件的主应力轴,基本消除了垂直于应力轴的横向晶界,并且具有[001]取向的低模量。在MAR M 200合金基础上研制成功的定向凝固高温合金PWA 1422不仅具有良好的中、高温蠕变断裂强度和塑性,而且具有比原合金约高5倍的热疲劳性能,在先进航空发动机上获得广泛应用[1]
。其后,包括我国在内的各国冶金工作者都相继发展了这一技术,涌现出一大批高性能的定向合金,如:Rene 150(美),CM 247LC (美),MAR M 002(英), 6 (俄),DZ22(中),DZ4(中)等,不仅广泛用于航空发动机,而且用于地面燃气轮机。目前How met 公司售出的地面燃气轮机叶片长度可达305~635mm [4]。
图2 铸造涡轮叶片的发展 左:等轴晶;中:定向凝固柱晶;右:单晶Fig.2 Casting superalloy turbine blades left-conv entional cast;middle-directional solidification;r ight-single crystal 在定向凝固合金基础上发展出的完全
消除晶界的单晶高温合金,使合金热强性
能有进一步提高(约30 )。70年代末,
由于合金化理论和热处理工艺的突破,单
晶合金进入一个蓬勃发展的时期,相继出
现承温能力分别提高约30 的第一代、
第二代、第三代单晶合金(图2)[1,4]。英
国RR 公司近年研制的第四代单晶合金
RR3010的承温能力比定向柱晶合金约高
100 。目前几乎所有先进航空发动机都
以采用单晶叶片为特色,正在研制中的推
重比为10的发动机F119(美),F120
(美),GE90(美),EJ2000(英、德、
意、西),M88 2(法),P2000(俄)以
及其他新型发动机都采用单晶高温合金制作涡轮叶片。美国的H owmet 公司、GE 公司、PCC 公司、Allison 公司以及英国RR 公司,法国的CNECMA 公司,俄罗斯的SALUT 发动机制造厂等厂商均大量生产单晶零件,品57第1期 铸造高温合金发展的回顾与展望
种包括涡轮叶片、导向叶片、叶片内外环、喷嘴扇形段、封严块、燃油喷嘴等,用于军用和商用飞机、坦克、舰船、工业燃气轮机、导弹、火箭、航天飞机等。美国H ow met 公司及其在英、法、日等国的分公司都拥有大批生产单晶零件的能力,已为各国40多种发动机生产了120多种单晶零件,仅在1988~1991年期间,就售出160万件。目前的年产量已超过30万件[4]。80年代末以来,北京航空材料研究院逐年小批量生产供设计试验用的单晶叶片[10]。
合金成分设计
60年代初,S.T.Wlodek 和E.W.Ross 在IN100镍基铸造合金中发现了被称为 相的片状硬质化合物,造成蠕变断裂性能的急剧恶化。当时引起冶金界很大的反响。其后又在其他复杂合金化的合金中发现类似的 相、 相、Laves 相等,按其晶格结构统称为T CP 相。为了解决这一问题,纷纷从成分上加以改进。60年代中期,Woodyatt 等人基于电子空穴理论发展出相计算(PHACOM P)方法。这就是合金设计的最初阶段[6]。后来,日本的渡边力藏也发表了类似的计算方法,使合金成分设计推进一步。随着高温合金合金化理论的发展,人们在研制新合金时逐渐摆脱了过去缺乏理论指导的 烹调 式方法,而是自觉地综合考虑热强性、组织稳定性、抗氧化及热腐蚀性、铸造工艺性以及密度、成本等因素,通过电子计算机计算出符合要求的成分方案,经过筛选后,将有限的方案实施试验验证,得出最满意的合金成分。70年代初,GE 公司P.Aldved 等人研制的性能很高的Rene 125合金就是一个成功的例子。后来,在单晶合金研究中,成分设计方法得到进一步发展。由于单晶合金成分和组织较为简单,故有可能设计出更精确的成分。日本金属技术研究所太田芳雄等人提出的d 电子设计法是较为成熟的方法之一。该方法对面心立方原子团(MNi 12Al 6)进行分子轨道计算,提出了估价所加入的各合金化元素的作用和性质的两个参数:一个是反映合金元素对共价键的贡献的原子间结合次数B 0,另一个是反映合金元素的电负性和原子半价综合效应的分子轨道d 能级M d 。按照每个元素的B 0和M d 值,计算出设定成分的平均B 0t 和平均M d ,再分别计算合金的凝固温度范围、热处理窗口、 相体积分数、 和 的成分以及TCP 相析出倾向等参数,最后确定综合性能最好且相的稳定性也好的合金成分。此方法理论性强,精确度高,周期短,成本低。已用此方法设计出性能与第二代单晶合金PWA 1484相当的TU T9L 和TU T95单晶合金[4]。90年代初,中科院金属研究所在与日本丰桥大学合作研究中,也应用d 电子设计法研制出高性能的抗腐蚀单晶合金。北京航空材料研究院在研究第二代单晶合金DD6的过程中,参照国外有关方法实施计算机辅助设计,取得明显效果
[10]。
Ni 3Al 基铸造合金
早在60年代,国内外就开始对从高温合金诞生的金属间化合物(Ni 3Al,NiAl,T i 3Al,TiAl)为基的合金进行了广泛的研究,因为这些化合物具有诱人的低密度、高模量和良好的抗氧化性,认为是有发展前景的替换材料。为了使这类材料进入工程化,从成分和工艺方面做了许许多多的工作,直到80年代才在Ni 3Al 和T i 3Al 方面取得重要进展。北京航空材料研究院采用传统的高温合金定向凝固技术研究成功铸造Ni 3Al 基合金IC 6,58 航 空 材 料 学 报 第20卷
该合金的1100 持久强度超过了同类合金EX 7(美)和 ! 4 (俄)的水平,其1100 /100h 的持久强度达到了90MPa,室温拉伸强度达到了1200MPa,伸长率达14%,现已用于小批生产某航空发动机 级导向叶片,这标志着我国在金属间化合物的研究取得重要进展[9,10]。美国GE 公司早在80年代就研制出NiAl 基单晶叶片,并进行了试车,但因该类合金的室温本质脆性以及高温蠕变强度低的问题未获得解决,无法实现工程应用。细晶铸造
70年代中期,美国How met 公司发展了高温合金细晶铸造法,从而在合金凝固过程的晶粒控制方面又走出了新路子。最先发展的是控制热参数的Grain X 法,然后又发展出机械搅拌的M icrocast X 法,所得到的铸件晶粒尺寸可达ASTM No.35(0.125~0.0625mm)。加上热等静压(H IP)处理和其后热处理,使合金的中、低温拉伸、持久、疲劳性能大为改善,尤其是低周疲劳明显提高,例如,按M icrocast X 法铸造的718合金,承温能力比普通铸造718合金高约30 ,600 的低周疲劳性能提高两倍以上,其屈服强度大致与变形718合金相当。目前生产的细晶铸件有几十种,除了航空发动机的叶片和整体转子外,还有航空、航天发动机的机匣等大型铸件,最大直径为1500mm,已经部分取代原先是铸件和锻件组合的焊接件。北京航空材料研究院于80年代末设计和建立了我国第一台细晶铸造炉,开展了热控法和搅拌法细晶铸造工艺研究,成功地制成了K418合金的低压涡轮叶片和整体涡轮转子等零件[8]。此外,冶金部钢铁研究总院和西北工业大学等单位也分别进行了细晶铸造技术研究,取得了重要进展。
凝固过程数值模拟
对合金凝固过程的深入认识以及计算机技术的迅速发展为发展铸造高温合金零件的凝固过程数值模拟技术创造了条件。80年代以来,国外广泛开展单晶叶片定向凝固数值模拟研究,取得了重要进展,它可对叶片凝固过程的温度场进行三维的几十万甚至上百万单元的计算分析。在此基础上开展了显微组织及冶金缺陷预测研究,如,研究铸态 相尺寸、枝晶间距、晶体取向、冶金缺陷(等轴晶团、雀斑、缩孔、热裂等),这些研究为确定工艺参数、分析和优化工艺方案、预防缺陷、提高质量、降低成本提供了重要依据。所研制的软件,如M agm a,Procast 等已经商品化,对优质单晶叶片的研究和生产起到重要作用。国外一些研究者已将数值模拟技术用于NiAl 单晶叶片和第三代单晶合金叶片的研制中。西北工业大学曾于80年代开展过类叶片铸件定向凝固二维计算机模拟以及单晶高温合金凝固过程二维数值模拟研究。北京航空材料研究院也开展了类似的研究,而且从90年代起将试验研究与数值计算相结合,在国内率先采用了具有90年代国际先进水平的大型有限元软件Procast,对复杂形体的某发动机空心叶片进行凝固过程的三维温度场数值计算,建立了三维实体模型,并研究了工艺参数的影响,取得了重要进展[10]。
综上所述可以看出,大半个世纪以来,铸造高温合金的发展已取得长足的进步,为航空发动机的发展做出了巨大贡献。然而,飞跃发展的高科技时代将继续对冶金工作者提出新的更高要求。航空和地面燃气涡轮要求提高工作温度(~2100K ),增大推力(~40000kgf),提高推重比(>10),延长寿命(>10000h),这就使高温合金的先进性、可59第1期 铸造高温合金发展的回顾与展望
靠性、耐久性、工艺性以及经济性继续面临巨大的挑战。回顾过去,展望未来,21世纪高温合金将如何发展,这里提出几点粗浅的看法。
单晶合金仍将是主导材料
从20世纪80年代起,单晶高温合金便进入蓬勃发展的阶段,性能不断提高,应用越来越广。近年来出现的第四代单晶合金RR3010的承温能力达到1180 ,用在英国RR 公司最新的Trent 发动机上。新的单晶合金成分中Re 的加入以及H f,Y,La,Ru 等元素的合理应用使合金的持久性能和抗环境性能有明显提高,应用前景更加美好。目前单晶合金的研究方兴未艾,美国能源部于1993年提出的目前正在实施的一项庞大的发展高效燃气涡轮的ATS 计划中,把单晶叶片制造技术列为重要项目,由多家公司、大学和国家试验室对高性能单晶合金CM SX 4,PWA1484,Rene N5,CM SX 10的性能及应用进行深入研究,并提出研制低硫单晶合金,用于大型燃气涡轮发电机[7]
。20世纪70年代以来,各国都对其他系列的高温材料进行过研究,如:定向共晶合金、难熔金属基合金、金属间化合物基合金、陶瓷材料等。但是,这些材料都因某些关键问题未获解决而不能付诸实际应用。迄今还没有一类材料能像高温合金这样具有良好的综合性能,在一系列的竞争合金中,从技术和经济的实践上看,单晶合金是当之无愧的胜利者[3]。在21世纪,通过优化的合金设计,加上定向工艺的继续进步,将研究出超过现有合金强度和承温能力的单晶高温合金。尽管还会有更加激烈的竞争,但是可以相信,在21世纪的相当长时期内,单晶合金仍将是燃气涡轮发动机最重要的主导材料。
继续依靠工艺发展
在高温合金发展过程中,曾经遇到过严重的问题,但都通过冶金和工艺发展而加以解决,并提高了合金性能。实践证明,铸造高温合金的发展离不开工艺这个好 搭档 ,未来的发展仍将是这样。这里所说的工艺包括直接影响零件性能的熔炼和成形技术[6]。在上述美国能源部的ATS 计划中[7],对单晶合金及叶片的熔炼工艺、凝固条件、陶瓷壳型、陶瓷型芯、模型用蜡、热处理、热等静压等方面都进行了研究,力求提高合金和零件性能。在熔炼方面,要求高纯度熔炼,减少金属液与壳型、型芯之间的反应,精确控制活性元素。发展单晶叶片凝固过程数值模拟技术,优化工艺参数。计算机控制自动化生产过程,控制枝晶尺寸和致密度,减少缺陷,提高质量,降低成本,进一步发展熔模铸造工艺,提高陶瓷壳型和型芯的性能,研制冷效达600 以上的高效冷却单晶叶片(如Cast cool 叶片)。热等静压扩散连接组合件也将是生产多合金涡轮转子和大型叶片的发展方向。与镍基高温合金伴随发展的定向凝固工艺应用于其他高温材料,有可能使它们的承温能力远远超过目前可达到的水平[3]。随着科技的进步,也许在21世纪会出现富有突破性的工艺方法,使高温合金或其他高温材料的性能提高到新的高度。
有希望的替代材料
人们早就考虑到,高温合金的使用温度正在接近极限,从长远看,必须寻找能耐更高温度的材料代替高温合金,以满足发展更高效率燃气涡轮发动机的需要。于是从70年代起,纷纷开展其他类型高温材料的研究,包括:定向共晶合金、氧化物弥散强化合金、难60 航 空 材 料 学 报 第20卷
熔金属基合金、金属间化合物基合金、陶瓷材料等。但是,由于这些合金的某些关键问题未获解决,因而不能进入工程应用[3]。在高温强度上具有明显优势的定向共晶合金已被证明可作发动机叶片,但其横向性能和剪切强度差且制造成本过高,使之未能投入应用。金属间化合物具有的长程有序结构,对高温强度极为有益,使人们一度致力于这类合金的研究。铸造Ni 3Al 基合金已取得很大进展,1100 /100h 的持久强度达90M Pa 以上,但其工艺性和耐腐蚀性有待改善。其他的NiAl 系、T iAl 系铸造合金仍在开发中。在强度、密度、表面稳定性、来源和成本上十分诱人的陶瓷材料,也被人们做过很多研究,几乎已经接近应用于发动机,但是,它们固有的脆性仍然是致命的弱点。近年来,人们注意到并把研究重点放在陶瓷基复合材料上,并已取得进展,这类材料很可能有乐观的前景。参考文献:
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Review and prospect on developments of cast superalloys
CHEN Rong zhang 1 WANG Luo bao 1 LI Jian hua 2
(1.Institute of Aeronautical M aterials,Beijing 100095,China; 2.R enmin U niversit y of China,Beijing 100872,China)
Abstract:A review on the 20th centur y development history of casting superalloys is presented.Sev eral main events,vacuum melting,directionally solidified and sing le crystal superalloy ,alloy design,N i 3Al based casting alloys,numerical simulation technique and fine grain casting are described.F urthermore,so me prospects on the developments of cast super alloy in the 21th century ar e proposed.
Key words:alloy dev elo pment;casting superalloy ;gas turbine blade 61第1期 铸造高温合金发展的回顾与展望
1.1 高温合金 1.1.1 高温合金及其发展概况 高温合金是指以铁、钴、镍为基体，能在600℃以上温度，一定应力条件下适应不同环境短时或长时使用的金属材料。具有较高的高温强度、塑性，良好的抗氧化、抗热腐蚀性能，良好的热疲劳性能，断裂韧性，良好的组织稳定性和使用可靠性。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用的可靠性，基于上述性能特点，且高温合金的合金化程度很高，故在英美称之为超合金（Superalloy）。 高温合金于20世纪40年代问世，最初就是为满足喷气发动机对材料的耐高温和高强度要求而研制的，高温合金的发展与航空发动机的进步密切相关，1939年英国Mond镍公司首先研究出Nimonic75，随后又研究出Nimonic80合金，并在1942年成功用作涡轮气发动机的叶片材料，此后该公司又在合金中加入硼、锆、钴、钼等合金元素，相继开发成功Nimonic80A、Nimonic90等合金，形成Nimonic合金系列。如今先进航空发动机中高温合金用量已超过50%。此外，在航天、核工程、能源动力、交通运输、石油化工、冶金等领域得到广泛的应用。高温合金在满足不同使用条件中得到发展，形成各种系列的合金，除传统的高温合金外，还开发出一批高温耐磨、高温耐蚀的合金。 高温合金是航空发动机、火箭发动机、燃气轮机等高温热端部件的不可代替的材料，由于其用途的重要性，对材料的质量控制与检测非常严格。高温合金的基本用途仍旧是飞行器的燃气轮发动机的高温部分，它要占先进的发动机重量的50％以上。然而，这些材料在高温下极好的性能已使其用途远远超出了这一行业。除了航空部件之外，规定将这些合金用于舰船、工业、陆地发电站以及汽车用途的涡轮发动机上。具体的发动机部件包括涡轮盘、叶片、压缩机轮、轴、燃烧室、后燃烧部件以及发动机螺栓。除了燃气发动机行业之外，高温合金还被选择用于火箭发动机、宇宙、石油化工、能源生产、内燃烧发动机、金属成形(热加工工模具)、热处理设备、核电反应堆和煤转换装置。
高温合金材料项目 可行性研究报告 xxx实业发展公司
第一章概述 一、项目概况 （一）项目名称 高温合金材料项目 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。 （二）项目选址 xx科技园 项目属于相关制造行业，投资项目对其生产工艺流程、设施布置等都有较为严格的标准化要求，为了更好地发挥其经济效益并综合考虑环境等多方面的因素，根据项目选址的一般原则和项目建设地的实际情况，该项目选址应遵循以下基本原则的要求。 （三）项目用地规模 项目总用地面积57108.54平方米（折合约85.62亩）。 （四）项目用地控制指标 该工程规划建筑系数55.40%，建筑容积率1.32，建设区域绿化覆盖率5.70%，固定资产投资强度173.07万元/亩。
（五）土建工程指标 项目净用地面积57108.54平方米，建筑物基底占地面积31638.13平方米，总建筑面积75383.27平方米，其中：规划建设主体工程55544.54平方米，项目规划绿化面积4293.28平方米。 （六）设备选型方案 项目计划购置设备共计109台（套），设备购置费6901.29万元。 （七）节能分析 1、项目年用电量1077285.84千瓦时，折合132.40吨标准煤。 2、项目年总用水量49092.48立方米，折合4.19吨标准煤。 3、“高温合金材料项目投资建设项目”，年用电量1077285.84千瓦时，年总用水量49092.48立方米，项目年综合总耗能量（当量值）136.59吨标准煤/年。达产年综合节能量40.80吨标准煤/年，项目总节能率 23.53%，能源利用效果良好。 （八）环境保护 项目符合xx科技园发展规划，符合xx科技园产业结构调整规划和国家的产业发展政策；对产生的各类污染物都采取了切实可行的治理措施，严格控制在国家规定的排放标准内，项目建设不会对区域生态环境产生明显的影响。 （九）项目总投资及资金构成
上海商虎/张工：158 –0185 -9914 Incoloy MA956 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。 Incoloy MA956化学成分： 碳C: — 硅Si: — 锰Mn: — 铬Cr: 20 镍Ni: — 钼Mo: — 钴Co: — 钨W: — 铝Al: 4.5 铜Cu: — 钛Ti: 0.5 铁Fe: 74.4 其他(％): Y2O3 0.5 现在已完成商业化生产的主要有三种ODS合金： MA956合金在氧化气氛下运用温度可达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合金在氧化气氛下运用温度可达1250℃并坚持相当高的高温强度、耐中碱玻璃腐蚀。现已用于制造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、屈从强度为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。金属间化合物高温资料是近期研讨开发的一类有重要使用前景的、轻比重高温资料。十几年来，对金属间化合物的基础性研讨、合金设计、工艺流程的开发以及使用研讨现已老练，尤其在 Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系资料的制备加工技能、韧化和强化、力学功能以及使用研讨方面取得了令人瞩目的成果。 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、抗蠕变等长处，可以使结构件减重35～50%。Ni3Al基合金，MX-246具有很好的耐腐蚀、耐磨损和耐气蚀功能，展示出极好的使用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蚀功能，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资料。在民用工业的很多领域，服役的构件资料都处于高温的腐蚀环境中。为满意市场需要，依据资料的运用环境，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
K417镍基铸造高温合金材料报告 K417是高强度的镍基铸造高温合金，其成分中的铝和钛含量较高，形成约占合金重量67％的γ′强化相，因而高温强度较高、塑性较好，加之其密度较低（7.8g/cm3），故特别适宜制作高温转动件。但它的组织稳定性较差，特别是当成分偏上限或铸造工艺参数控制不当时，零件在850～950℃长期工作中，有析出片状σ相的倾向。它的耐热腐蚀性能也较差，若长期高温使用，需用保护涂层 . 化学成分 Typical values(Weight %) Cr Ni Co Mo Al Ti 8.50-9.5 余14.0-16.0 2.50-3.20 4.80-5.70 4.50-5.00 Fe C Mn Si P S ≤1.0 0.13-0.22 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.015 ≤0.010 力学性能 θ/℃持久性能拉伸性能 σb/ MPa t/h σb/ MPa δБ/% W / % 900 315 ≥70 635 6 8 物理性能 密度：7.8 g/m3 熔点：1260℃-1340℃ 磁性能：无 相近牌号 美国：IN100 技术标准 HB 5161—1988 物理数据 温度 ℃热导率W/mk 温度 ℃线膨胀系数10-6/K 132 10.87 200 13.2 419 14.23 431 13.5 661 19.25 679 13.5 760 25.94 759 14.7 947 38.49 868 15.7 1076 35.98 956 16.8 1109 41.42 1000 17.3 成形性能 用熔模铸造法可铸成壁厚小至1mm的薄壁零件也可铸造整体涡轮 焊接性能 可以进行氩弧堆焊 零件热处理工艺 1. 零件在铸态下使用; 2. 也可进行渗铝和消除应力的退火处理，处理温度低于1120℃。 表面处理工艺
2019年产1000吨超纯净高性能高温合金材料建设项目可行性研究报告 2019年6月
目录 一、项目概况 (4) 二、项目建设的必要性 (4) 1、项目建设是国家战略发展的需要 (4) 2、项目建设有利于提高我国高温合金制造水平 (5) 3、项目建设有利于企业的发展 (5) 三、项目建设的可行性 (6) 1、项目建设符合国家产业政策和发展规划 (6) （1）符合《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》方向 (6) （2）符合《新材料产业发展指南》方向 (7) 2、深厚的技术积累为项目的实施提供了技术保障 (7) 3、丰富的客户资源为项目的市场消化提供了可靠保障 (8) 4、公司拥有高温合金生产运营的成功经验 (9) 5、公司拥有完善的产品质量控制体系 (9) 四、项目建设方案 (10) 五、项目投资概算 (11) 1、项目投资明细 (11) 2、主要设备情况 (11) 六、项目技术工艺分析 (12) 1、项目采取的技术工艺设计原则 (12) （1）先进性与适用性相结合的原则 (12) （2）经济合理性与可靠性相结合的原则 (12) （3）坚持节能、环保与安全生产的原则 (12)
2、项目采取的核心关键技术 (13) （1）高温合金超纯净熔炼工艺技术 (13) （2）均质、细晶变形高温合金制造技术 (13) （3）超纯净镍基高温合金的计算机模拟与仿真技术 (13) 3、项目工艺流程 (14) （1）航空用高温合金母合金生产工艺流程 (14) （2）航空、核电、燃机用高温合金棒材生产工艺流程 (14) 七、项目实施进度计划 (15) 八、项目主要原材料及能源供应情况 (16) 九、项目经济效益分析 (16)
镍基高温合金 浏览： 文章来源：中国刀具信息网 添加人：阿刀 添加时间：2007-06-28 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， 镍基高温合金的发展趋势
镍基合金的工作温度从 700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。镍基高温合 金的发展趋势见图1。 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 A 3B 型金属间化合物 '[Ni 3(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
高温合金成型方法：熔模精密铸造，铸锭冶金（包括挤压、轧制、锻造等）粉末冶金，定向凝固。 高温合金的几种成型方法的工艺路线 粉末冶金 高温合金如TiAl基合金的室温塑性较差，用常规塑性变形的方法加工极为困难。粉末冶金法可以很好的解决这一问题。这种方法以合金或单质粉末为原材料，通常先采用常规塑性加工方法（如模压、冷等静压等）对粉末进行固结成形，在经烧结就可直接获得特定形状的零件，同时实现制件的近终成型，这样就避免了对TiAl基合金的后续加工。同时，相比于铸造合金，采用粉末冶金法所制得的材料组织更为均匀、细小。 目前基于高温合金粉末冶金的具体方法主要有:机械合金化、反应烧结、预合金粉末法、自蔓燃—高温合成、爆炸合成等。这些方法常常两种或多种方法结合在一起使用，难以严格区分。 但是，粉末冶金方法制得的TiAl基合金部通常含有较多的杂质含量（如氧、氮等），并且粉末冶金制得合金组织不致密，内部经常存在孔隙，这些都严重的限制了粉末冶金方法的应用及推广。部分学者采用热锻以及包套挤压方法在一定程度上减少了孔隙率，较大的提高了TiAl基合金的力学性能。在但由于Ti、Al 元素扩散系数差别太大，元素反应扩散距离大，以及柯肯达尔效应的影响，均匀、高致密度的TiAl基合金仍然比较难以获得。因此，在高纯粉末的制备、烧结工艺
的优化、杂质的控制、提高合金的致密度等方面，粉末冶金还有较长的路要走。 铸锭冶金 铸锭冶金是合金熔炼、铸造、锻造和轧制等技术的综合，是目前TiAl 基合金的典型加工工艺。 一般由铸造出来的铸锭，组织都比较粗大，成分由于偏析的存在而不均匀，并且内部也或多或少的存在缩松、缩孔等缺陷。铸锭在进行塑性加工之前，一般要对其进行热等静压，实现对铸锭的均匀化处理。这样可以一定程度上除合金成分的偏析，同时合金铸锭中的微观缩孔或孔洞也能被压实、焊合，这就可以防止铸锭在后续热加工过程中由于微观缩孔与孔洞引起的应力集中或合金的不均匀流变造成的铸锭的变形开裂。对Al>46%(原子)的合金热等静压多选择在1260℃/175MPa 进行。 通过对铸锭的进行热加工，可以破碎粗大的铸态组织，细化晶粒，进一步减小微观缩孔或孔洞的影响，较大幅度的提高TiAl 基合金的力学性能。通常使用的热加工工艺主要有等温锻造、包套锻造、热轧制或热挤压等。 等温锻造区间一般为1065~1175℃，名义应变速率在10-2~10-3/s之间，压缩比为4:1~6:1；在这种工艺条件可保证铸锭有良好的塑性同时又不开裂，所获得的组织中有超过50%的板条组织球化。在锻造过程中增大保压时间、将锻件在锻模内短暂停留或在两步锻造中间进行热处理都可以促进球化。从而细化组织，提高材料的力学性能。 包套锻造可以在锻坯外设置包套，在锻坯与包套材料之间采用隔热材料，使锻件在的一定范围内保持均匀的温度，从而得到细小、均匀的显微组织及良好的锻坯表面质量。包套材料一般采用不锈钢、TC4合金或工业纯钛，目前最好的隔热材料是SiO2纤维网[38]。包套技术与挤压技术结合起来，形成了包套挤压技术，这种技术也能极大程度的优化TiAl 基合金的组织和性能。 目前比较热门的方向是综合利用铸锭冶金的方法，采用轧制的方法制备TiAl 基合金板材，哈尔滨工业大学陈玉勇教授带领的课题组在这方面做了许多功能工作，取得了较大的成果。 离心铸造 离心铸造是指将液态金属浇入旋转的铸型中，使金属液在离心力作用下完成充填和凝固成型的一种铸造方法。为了实现这种工艺过程，必须采用专门的设备—离心铸造机(简称为离心机)，提供使铸型旋转的条件。根据铸型旋转轴在空间位置的不同，常用的离心机分为立式离心铸造机和卧式离心铸造机两种。立式离心铸造的铸型是绕垂直轴旋转的，卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴旋转的。 离心铸造可采用多种的铸型，如金属型、砂型、石膏型、石墨型陶瓷型及熔
高温合金材料最新发展 新一代高温合金 New Generation Ni-based and Co-based Superalloys 高温合金由于具有优的高温力学性能和抗腐蚀、氧化能力等综合性能，而广泛地用于航空航天发 动机、地面燃气轮机以及其他恶劣服役环境中的关键设备中。 Ni and Co-based superalloys have good balanced properties of high temperature strength, toughness, and resistance to degradation in corrosive or oxidizing environments, which make the materials widely used in aircraft and power-generation turbines, rocket engines, and other aggressive environments. 1．第四代镍基单晶高温合金（Ru-containing Single Crystal Ni-base Superalloys） 先进镍基单晶高温合金由于其高温下优良的综合性能而成为高推比（>12）航空发动机高压涡轮 叶片的首选材料，与传统低Cr商业单晶合金的设计思路不同，利用Ru和高Cr及其交互作用有可能 通过改变γ’相形貌，即改变合金元素在γ和γ’两相中分配比和点阵错配度，提高蠕变性能，并保持良好 的综合性能。 Different from commercial single crystal superalloys with low levels of Cr addition, high levels of Cr and Ru additions as well as the effects of their interaction influence the morphology of γ’ precipitates remark ably. They changed the elemental partitioning ratio between the γ and γ’ phases, and the lattice misfits of these experimental alloys, and enhanced the creep life with keeping the balanced properties. These new
第20卷 第1期2000年3月 航 空 材 料 学 报 JOURNAL OF AERONAUT ICAL M ATERIALS Vol.20,No.1 M arch2000 铸造高温合金发展的回顾与展望 陈荣章1 王罗宝1 李建华2 (1.北京航空材料研究院,北京100095; 2.中国人民大学,北京100872) 摘要:回顾了20世纪40年代以来铸造高温合金发展中的若干重大事件:叶片以铸代锻;真空 熔炼技术;定向凝固及单晶合金;合金成分设计;Ni3Al基铸造高温合金;合金凝固过程数值 模拟;细晶铸造。展望了铸造高温合金21世纪的发展:单晶高温合金仍然是最重要的涡轮叶 片材料;继续靠工艺的发展挖掘合金潜力;发展有希望的替代材料。 关键词:合金发展;铸造高温合金;燃气涡轮叶片 中图分类号:T G24 文献标识码:A 文章编号:1005 5053(2000)01 0055 07 自从20世纪40年代初期第一台航空喷气发动机采用第一个铸造涡轮工作叶片以来,铸造高温合金的发展经历了一段曲折而又辉煌的历程。众所周知,航空发动机的发展与高温合金的发展是齐头并进、密不可分的,前者是后者的主要动力,后者是前者的重要保证。占据着航空发动机中温度最高、应力最复杂的位置的铸造涡轮叶片的合金发展尤其是这样。半个世纪以来,航空发动机涡轮前温度从40年代的730 提高到90年代的1677 ,推重比从大约3提高到10[1],这一巨大进展固然离不开先进的设计思想、精湛的制造工艺以及有效的防护涂层,但是,高性能的铸造高压涡轮叶片合金的应用更是功不可没。40年代以来,标志着铸造高温合金性能水平的在140M Pa/100h条件下的承温能力从750 左右提高到当前的1200 左右(图1),是十分令人鼓舞的巨大成就。在这世纪之初回顾铸造高温合金发展的历程,不能不提到如下几件使人难忘的重大事件。 叶片以铸代锻 1943年,美国GE公司为其J 33航空发动机选用了钴基合金H S 21制作涡轮工作叶片,代替原先用的锻造高温合金H astelloy B。当时为了考核铸造高温合金作为转动件的可靠性,宇航局(NASA)有关部门曾对两种合金叶片同时进行台架试车鉴定。结果表明, HS 21完全可以代替H astelloy B制作涡轮转子叶片,从此开创了使用铸造高温合金工作叶片的历史[2,3]。之后,又谨慎地对X 40,GM R 235等铸造合金进行类似的考核研究,使铸造叶片的应用有所扩大。随着发动机推力的增大,叶片尺寸增大,当时发现叶片的主要失效模式从蠕变断裂转变为疲劳断裂,而铸造叶片由于晶粒粗大且不均匀,疲劳性能远低于锻造合金,加之当时出现了性能较高的沉淀硬化型镍基锻造高温合金,例如Nimonic80A, Udimet500,W aspaloy, 437 , 617等,而且锻造技术有所进步,这就使设计师又把叶片选 收稿日期:1999 09 20 作者简介:陈荣章(1937 ),男,研究员
镍基高温合金材料研究进展 姓名：李义锋1 镍基高温合金材料概述 高温合金是指以铁、镍、钴为基，在高温环境下服役，并能承受严酷的机械应力及具有良好表面稳定性的一类合金[1]。高温合金一般具有高的室温和高温强度、良好的抗氧化性和抗热腐蚀性、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用的可靠性[2]。因此，高温合金既是航空、航天发动机高温部件的关键材料，又是舰船、能源、石油化工等工业领域不可缺少的重要材料，已成为衡量一个国家材料发展水平的重要标志之一。 在整个高温合金领域中，镍基高温合金占有特殊重要的地位。与铁基和钴基高温合金相比，镍基高温合金具有更高的高温强度和组织稳定性，广泛应用于制作航空喷气发动机和工业燃气轮机的热端部件。现代燃气涡轮发动机有50%以上质量的材料采用高温合金，其中镍基高温合金的用量在发动机材料中约占40%。镍基合金在中、高温度下具有优异综合性能，适合长时间在高温下工作，能够抗腐蚀和磨蚀，是最复杂的、在高温零部件中应用最广泛的、在所有超合金中许多冶金工作者最感兴趣的合金。镍基高温合金主要用于航空航天领域950-1050℃下工作的结构部件，如航空发动机的工作叶片、涡轮盘、燃烧室等。因此，研究镍基高温合金对于我国航天航空事业的发展具有重要意义。 镍基高温合金是以镍为基体(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[2]。它是在Cr20Ni80合金基础上发展起来的，为了满足1000℃左右高温热强性(高温强度、蠕变抗力、高温疲劳强度)和气体介质中的抗氧化、抗腐蚀的要求，加入了大量的强化元素，如W、Mo、Ti、Al、Nb、Co等，以保证其优越的高温性能。除具有固溶强化作用，高温合金更依靠Al、Ti等与Ni形成金属问化合物γ′相(Ni3A1或Ni3Ti等)的析出强化和部分细小稳定MC、M23C6碳化物的晶内弥散强化以及B、Zr、Re等对晶界起净化、强化作用。添加Cr的目的是进一步提高高温合金抗氧化、抗高温腐蚀性能。镍基高温合金具有良好的综合性能，目前已被广泛地用于航空航天、汽车、通讯和电子工业部门。随着对镍基合金潜在性能的发掘，研究人员对其使用性能提出了更高的要求，国内外学者已开拓了针对镍基合金的新加工工艺如等温锻造、挤压变形、包套变形等。
中文名称：铸造高温合金 英文名称：cast superalloy 定义：在铸造组织状态下具有良好性能并可直接铸成零件的高温合金。具有比同成分的变形合金高的抗蠕变性能。 中文名称：变形高温合金 英文名称：wrought superalloy 定义：适宜进行塑性成形的高温合金。所属学科：航空科技（一级学科）；航空材料（二级学科） 弥散强化 弥散强化指一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段。是指用不溶于基体金属的超细第二相(强化相)强化的金属材料。为了使第二相在基体金属中分布均匀，通常用粉末冶金方法制造。第二相一般为高熔点的氧化物或碳化物、氮化物，其强化作用可保持到较高温度。弥散强化是强化效果较大的一种强化合金的方法，很有发展前途。 沉淀强化 合金通过相变得到的合金元素与基体元素的化合物会引起合金强化，为沉淀强化，弥散强化则是机械混掺于基体材料中的硬质颗粒引起的强化。两者的区别是沉淀强化中沉淀相和基体有化学交互作用，而弥散强化沉淀相和基体无化学交互作用。 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，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性， 高温合金产品图片融品科技提供 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”，是广泛应用于航空、航天、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地位，它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件。若以150MPA-100H持久强度为标准，而目前镍合金所能承受的最高温度〉1100℃，而镍合金约为950℃，铁基的合金〈850℃,即镍基合金相应地高出150℃至250℃左右。所以人们称镍合金为发动机的心脏。目前，在先进的发动机上，镍合金已占总重量的一半，不仅涡轮叶片及燃烧室，而且涡轮盘甚至后几级压气机叶片也开始使用镍合金。与铁合金相比，镍合金的优
高温合金 高温合金又叫热强合金、超级合金。按基体组织材料可分为三类：铁基、镍基和铬基。按生产方式可分为变形高温合金与铸造高温合金。按强化机理可分为碳化物强化、固溶强化、时效强化和弥散强化。一般用于航空发动机耐高温材料的制造，特别是喷气发动机最后两级压气机和最初两级涡轮叶片、燃烧室、加力燃烧室、涡轮盘、涡轮叶片及紧固件的制造。是重要战略物资，各航空大国都在极其保密的条件下研制。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、
高温合金材料的应用与发展分析 李桃山王保山 南昌航空大学飞行器工程学院100631班：10号 南昌航空大学飞行器工程学院100631班：20号 摘要： 本文主要介绍高温合金材料的定义及加工特点，通过了解合金的使用范围及选择标准，使更好的发展运用在各个领域。随着工业技术的发展。要求使用具有耐更高温度下的疲劳、蠕变、热稳定性以及抗氧化性能的高温材料，以适应先进设备（主要是航空运用）的设计要求，因此近半个多世纪以来人们从未停止过对的各种高温合金材料研发。从我国高温材料的发展历程与现状分析认为，我们应该发扬民主, 军民结合, 发扬全国一盘棋的精神, 形成一个和谐的集体，使我国高温合金体系建立在一个更坚实的基础上。 关键字：高温合金材料合金分类应用合金发展前景选择标准 前言： 高温钛合金以其优良的热强性和高比强度，在航空发动机上获得了广泛的应用。类似的高温合金材料在未来很长的一段时间应该是王牌型材料，在科技日新月异的今天，对高温合金材料的研究与来发具有很高的实际意义与战略意义。未来的航空航天飞行器及其推力系统，要求发展比现有的Ti64和Ti6242合金的强度、工作温度和弹性模量更高，密度更小，价格更低的高温合金材料，因此，高温合金材料的是航空材料的发展主流。 一、高温合金材料的定义及加工特点 高温合金定义：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，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。 高温合金加工特点 对于镍合金、钛合金以及钴合金等高温合金来说，耐高温的特性直接提高了
K417(美：IN100） 1、物理性能： 密度：7.8g/cm3熔点：1260-1340℃ 弹性模量：155-220GPa 热导率：13.2 W/(m?℃) 硬度（HRC）：30-44 热膨胀系数( 20-100℃)：13.2×10-6/℃ 2、主要特征：是一种低密度、高强度的镍基铸造高温合金。 3、用途举例：广泛用于各种航空发动机，涡轮增压器转子叶轮、火药起动机整体涡轮等。 4、品种规格：母合金棒材、精密合金棒材等协商供应，可根据客户要求生产。 K418 (美：INCO713C) 1、物理性能： 密度：8.0g/cm3熔点：1295-1345℃ 弹性模量：144-211GPa 热导率：10.15 W/(m?℃) 硬度(HRC)：33-37 热膨胀系数( 20-100℃)：12.60×10-6/℃ 2、主要特征：在900℃以下具有良好的蠕变强度、热疲劳性能和抗氧化性能。 3、用途举例：适合于在900℃以下工作的燃气轮机的涡轮转子叶片、导向叶片和整铸涡轮以及其他高 温零件。 4、品种规格：母合金棒材、精密合金棒材等协商供应，可根据客户要求生产。 5页
K403 1、物理性能： 密度：8.1 g/cm3 熔点：1260-1338℃弹性模量：125-178GPa 热导率：14.27 W/（m?℃) 硬度：HRC 36-39 热膨胀系数( 20 - 100°C)：11.3×10-6/℃ 2、主要特征：具有较高的高温强度，在1000℃，100h的持久强度可达150MPa，1000h的持久强度可 达94MPa,该合金的铸造性能良好，可铸出形状复杂的精铸件。 3、用途举例：适用于制作1000℃以下工作的燃气涡轮导向叶片和900℃以下工作的涡轮转子叶片以及 其他零件。 4、品种规格：母合金棒材、精密合金棒材等协商供应，可根据客户要求生产。 K405 1、物理性能： 密度：8.12 g/cm3 熔点：1290-1345℃动弹性模量：203GPa 热导率：11.72 W/（m?℃) 硬度（HRC）：38 热膨胀系数( 20 - 100°C)：11.6×10-6/℃2、主要特征：具有较高的中、高温持久性能，特别是零件性能与试样性能比较接近。铸造性能良好， 可铸成形状复杂的空心叶片。 3、用途举例：适用于950℃以下工作的燃气涡轮片和其他高温用零件。 4、品种规格：母合金棒材、精密合金棒材等协商供应，可根据客户要求生产。 6页
2019年先进金属材料高温合金企业三年发展战略规划 2019年7月
目录 一、公司未来三年发展规划 (4) 1、公司总体发展目标 (4) 2、公司未来三年的发展规划 (4) 二、为实现战略目标所制定的计划 (5) 1、市场营销拓展计划 (5) （1）差异化经营 (5) （2）加强客户服务 (5) （3）提升品牌价值 (5) （4）把握市场机遇 (6) 2、研究开发计划 (6) （1）提升研发实力 (6) （2）强化市场交流和客户沟通 (6) （3）加强知识产权管理 (6) 3、人力资源提升计划 (7) （1）招聘工作规划 (7) （2）培训工作规划 (7) （3）业绩考核工作规划 (7) （4）员工激励机制 (8) 4、加强采购管理计划 (8) （1）完善采购体系 (8) （2）拓展采购渠道 (8) 5、加强生产管理计划 (9) 三、规划和目标所依据的假设条件 (9) 四、实施规划和目标可能面临的主要困难 (9)
1、资金瓶颈问题 (9) 2、人才培养与引进问题 (10) 3、管理能力问题 (10) 五、确保实现目标拟采用的措施 (10) 1、加强风险管理能力 (10) 2、加大研发投入 (11) 3、充分利用募集资金 (11) 4、加强人才引进 (11) 5、融资计划 (11)
一、公司未来三年发展规划 1、公司总体发展目标 公司致力于向飞机、航空发动机、燃气轮机、核电、能源等高端应用领域提供高性能合金材料和制品，始终坚持新技术、新产品的研究与开发，不断拓宽产品链，拓展国内外市场，立志建成国内外高性能合金材料及其制品的研发和生产基地，发展成为拥有自主知识产权和核心竞争力的国内外行业知名企业。 2、公司未来三年的发展规划 根据公司发展规划，未来三年公司的业务规划主要为募投项目的实施和研发项目的合作。随着募投项目的建成达产，公司产能将得到大幅提升，综合实力将进一步提高，公司将会依托现有业务和技术优势，加大与下游客户和科研机构之间的高性能合金材料及其制品加工研发合作，进一步确立企业竞争优势。此外，公司将进一步加强与有关科研机构和高等院校等的合作，持续开展高性能合金材料及其制品材料、设备和工艺方面的技术研发工作。 发行上市后，公司资本结构将会进一步优化，为将来进一步融资创造良好的环境。公司将根据业务发展需要，积极利用资本市场的融资功能，对法律法规允许的各类直接、间接融资方式，从融资效率、融资成本、资本结构、资金的运用周期等方面综合分析，采取多元化的融资方式满足公司的资金需求。在条件成熟时，公司也不排除将会
航空航天镍基高温合金的研究现状 1万艳松2鞠祖强 南昌航空大学航空制造工程学院10032129 万艳松 南昌航空大学航空制造工程学院10032121 鞠祖强 摘要 简单介绍了镍基高温合金的发展历程，综述了近年来镍基高温合金的研究进展，并探讨了镍基高温合金的应用和发展趋势。 关键字：镍基高温合金性能发展现状 1.引言 高温合金是一种能够在600℃以上及一定应力条件下长期工作的金属材料，而镍基高温合金是以镍为基体(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。 2.镍基高温合金发展过程 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。 3.镍基高温合金成分和性能 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γ'[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。
中国与国外高温合金牌号近似对照 No . 中国 日本 JIS 美国德国① 法国 NF 俄罗 斯 TOCT 英国② DS/DTD GB/T 旧 牌 号 商业牌号AMS/SAE DIN W-Nr. （L-Nr. ） 1 GH10 15 GH1 5 - - - - - - ЭП 868 - 2 GH10 35 GH3 5 - - - - - - ЭП 703 - 4 GH10 40 GH4 - - - - - - ЭП 395 - 5 GH11 31 GH1 31 - - - - - - ЭП 126 - 6 GH11 40 GH1 40 - - - - - - ЭП 602 - 7 GH20 18 GH1 8 - - - - - - - N263 8 GH20 36 GH3 6 - - - - - - ЭП 481 - 9 GH20 38 GH3 8A - - - - - - ЭП 696A - 10 GH21 30 GH1 30 - - - - - - ЭП 617 - 11 GH21 32 - GH132 A286 AMSS525 , 5731; SAEHEV7 X5NiCrTi26- 15 1.4980 （1.494 4） Z6NCT25 ATVSMo ЭП 786 DTD5026 12 GH21 35 GH1 35 - - - - - - ЭП 437 - 13 GH21 36 GH1 36 - V57 - X5NirTi26-1 5 1.4980 Z3NCT25 ; ATVS2 - - 14 GH23 02 GH3 02 - - - - ЭП 617 - 15 GH30 30 GH3 - - - - - ATGR; NC20T ЭП 435 HR5; DTD703B; N203,N403 16 GH30 39 GH3 9 - - - - - - ЭП 602 - 17 GH30 44 GH4 4 - - - - - - ЭП 868 - 18 GH31 28 GH1 28 - - - - - - - - 19 GH40GH3- - - - - - ЭПN80A
高温合金材料项目初步方案 规划设计/投资方案/产业运营
高温合金材料项目初步方案 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。 该高温合金材料项目计划总投资2386.38万元，其中：固定资产投资1952.89万元，占项目总投资的81.83%；流动资金433.49万元，占项目总 投资的18.17%。 达产年营业收入4142.00万元，总成本费用3244.10万元，税金及附 加46.29万元，利润总额897.90万元，利税总额1068.04万元，税后净利 润673.42万元，达产年纳税总额394.61万元；达产年投资利润率37.63%，投资利税率44.76%，投资回报率28.22%，全部投资回收期5.04年，提供 就业职位89个。 项目报告所承载的文本、数据、资料及相关图片等，均出自于为潜在 投资者或审批部门披露可信的项目建设信息之目的，报告客观公正地展现 建设项目的现状市场及发展趋势，不含任何明示性或暗示性的条件，也不 构成决策时的主导和倾向性意见。经项目承办单位法定代表人审查并提供 给报告编制人员的项目基本情况、初步设计规划及基础数据等技术资料和
财务资料，不存在任何虚假记载、误导性陈述，公司法定代表人已经郑重承诺：对其内容的真实性、准确性、完整性和合法性负责，并愿意承担由此引致的全部法律责任。 ......
高温合金材料项目初步方案目录 第一章申报单位及项目概况 一、项目申报单位概况 二、项目概况 第二章发展规划、产业政策和行业准入分析 一、发展规划分析 二、产业政策分析 三、行业准入分析 第三章资源开发及综合利用分析 一、资源开发方案。 二、资源利用方案 三、资源节约措施 第四章节能方案分析 一、用能标准和节能规范。 二、能耗状况和能耗指标分析 三、节能措施和节能效果分析 第五章建设用地、征地拆迁及移民安置分析 一、项目选址及用地方案
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。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。 上海荣昆金属供应Incoloy MA956、MA754、MA758、MA6000等铸造高温合金。 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。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。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。