難變形高溫合金材料在航空航天的發展及應用

難變形高溫合金

    難變形高溫合金通常是指強化相質量分數高達40%以上的一類變形高溫合金。該類合金一般具備以下典型特征：合金化程度高、強化相數量多、變形抗力大、導熱性能差、熱加工範圍窄，在現有設備條件下需采用一些特殊熱加工技術才能獲得相對均勻的組織。

    難變形高溫合金因強化相含量高及優(you) 良的高溫組織穩定性，其綜合力學性能可以達到粉末高溫合金水平，承溫能力也相對傳(chuan) 統變形高溫合金更高。目前已成為(wei) 高推重比航空航天發動機部件的關(guan) 鍵選材，主要用於(yu) 製造航空航天發動機渦輪盤、壓氣機盤、機匣、葉片等零件。

難變形高溫合金材料的發展

    高溫合金誕生於(yu) 20世紀30年代，並受二次世界大戰影響，其研究和應用得到快速發展。自20世紀70年代，為(wei) 了滿足發動機更高服役性能的要求，綜合性能更優(you) 的難變形高溫合金得到突破性發展，出現了以美國Udimet 710，Udimet 720，Udimet 720Li，以及俄羅斯ЭК79和ЭК151等合金為(wei) 代表的難變形高溫合金（見圖1），滿足了航空航天發動機對高性能渦輪盤材料的使用需求。進入21世紀，新型合金ВЖ175研製成功，其長期服役溫度可達800 ℃，並繼承了俄係高溫合金高熱強性能的優(you) 勢。為(wei) 了實現低的成本控製，通用電氣公司在René88DT化學成分基礎上研製出René65難變形高溫合金，承溫能力低於(yu) ВЖ175合金，但熱加工性能良好。法國研製的AD730合金的力學性能與(yu) Udimet 720Li合金相當，但熱加工性能和焊接性能優(you) 於(yu) Udimet 720Li合金，有望用於(yu) 製備成本更低的航空發動機零部件。總體(ti) 來看，目前國際上新型難變形高溫合金從(cong) 單純注重材料高溫力學性能，向服役性能與(yu) 製備工藝平衡方向發展。

 國外變形高溫合金盤材的發展曆程

難變形高溫合金工藝的發展

    與(yu) 傳(chuan) 統變形高溫合金渦輪盤雙聯或三聯冶煉+鍛造開坯+模鍛/軋製的工藝相比，作為(wei) 強化相質量分數超過40%的難變形高溫合金，其鑄鍛工藝的成功實施需要解決(jue) 大尺寸鋼錠的成分控製與(yu) 冶金缺陷預防、鑄態組織破碎與(yu) 大規格細晶棒材製備、盤鍛件組織性能高效調控等一係列的技術難題。近年來，國際上逐步突破了難變形高溫合金的三聯大錠型冶煉、均勻化處理、大尺寸細晶棒材的反複鐓拔+徑鍛開坯、盤件鍛造與(yu) 組織性能控製等關(guan) 鍵技術，並且隨著冶金技術和設備水平的提升，實現了難變形高溫合金極限製備水平的不斷突破，滿足了先進航空發動機的需要，如圖2所示。

圖2 難變形高溫合金渦輪盤製備工藝路線圖

我國難變形高溫合金的發展與(yu) 應用

   我國的第一爐高溫合金於(yu) 1956年3月26日試煉成功，從(cong) 模仿國外到逐步具備自主研發能力，國內(nei) 高溫合金的研究、生產(chan) 和應用已經曆了64年的發展曆程，並且形成了我國特色的高溫合金體(ti) 係，其中難變形高溫合金材料的製造工藝及其應用成就令人矚目。自20世紀80年代開始，隨著航空航天發動機的發展，我國開始了難變形高溫合金的跟蹤研究，攻克了多種牌號鋼錠的成分控製、冶金缺陷預防、細晶棒材製備及盤鍛件組織和性能調控等一係列技術難點，成功研製了GH4710，GH4079，GH4720Li，GH4096等難變形高溫合金，滿足了我國航空航天發動機的需求。目前，國內(nei) 正在開展多種新型難變形高溫合金的研究，為(wei) 未來*航空航天發動機的發展提供更可靠的材料保障。

難變形高溫合金材料展望

    近年來，國內(nei) 特種冶金及熱加工技術快速提升，為(wei) 我國難變形高溫合金的成功研製奠定了堅實的基礎。為(wei) 了保障更高推重比發動機對材料的使用需求，國內(nei) 外仍在不斷探索難變形高溫合金的發展潛力，朝著更高合金化、更高力學性能、更好加工性能及低成本製造方向發展，為(wei) 最終形成具有自主知識產(chan) 權的難變形高溫合金材料體(ti) 係奠定基礎。

曲敬龍^1,2、王民慶^1,2、史玉亭^1,2、秦鶴勇^1,2、張北江^1,2、付銳^1,2、畢中南^1,2、鄧群^1,2、杜金輝^1,2

（1 北京鋼研高納科技股份有限公司，北京 100081; 2鋼鐵研究總院 高溫合金新材料北京市重點實驗室，北京 100081;）

原文出處：

GH4720Li合金中析出相的研究進展（點擊“題目"可鏈接全文）

曲敬龍, 易出山, 陳競煒, 史玉亭, 畢中南, 杜金輝

2020, 48 (8): 73-83.   

DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000182 

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