鈮在高溫合金中應(yīng)用

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1、鈮在我國高溫合金中應(yīng)用我國高溫合金仿制和研制成功的有100多種，1982年列入高溫合金手冊的有84個(gè)牌號，1989年納入航空材料手冊的有73個(gè)牌號，其中60多個(gè)合金牌號已進(jìn)入批量生產(chǎn)，并具有年生產(chǎn)10000噸高溫合金的設(shè)備能力?，F(xiàn)以航空發(fā)動機(jī)的熱端部件燃燒室﹑渦輪盤和渦輪葉片說明我國高溫合金體系中含鈮鋼的形成、發(fā)展和應(yīng)用狀況。1、含鈮鑄造高溫合金和國際發(fā)展趨勢一樣，我國在繼應(yīng)用多晶鑄造高溫合金后，又發(fā)展了一系列定向和單晶鑄造高溫合金含鈮合金如表1。DZ22和DZ38G等一系列合金，達(dá)到使用溫度1000攝氏度的高水平

2、，特別是不含鉿的DZ4合金已經(jīng)投入批量生產(chǎn)。第一代的單晶合金DD3在90年代研制成功，可以達(dá)到1020℃的高溫并且開始應(yīng)用。目前也正在進(jìn)一步開展第二代﹑第三代單晶合金的研制表2。2、鈮鐵基高溫合金單一或組合加入鎢﹑鉬﹑鈮進(jìn)行固溶強(qiáng)化。以固溶強(qiáng)化為主的鐵基高溫合金列于表3。主要成分為Fe-Ni-Cr的奧氏體基體，可以溶解較多的固溶強(qiáng)化元素W﹑Mo和Nb,也可溶解一定量的沉淀強(qiáng)化元素Al和Ti,使基體γ獲得滿意的強(qiáng)度和耐蝕性。其它相均在γ基體上形成，通過對基體的作用表現(xiàn)出對合金性能的影響。各相之間的相互作用也必須通過γ

3、基體才能實(shí)現(xiàn)。3、鈮鎳基高溫合金下面僅著重介紹幾個(gè)具有代表性的獨(dú)創(chuàng)鎳基高溫合金。表4。經(jīng)過7﹑8年艱苦的工作，1964年，511合金在WP-7發(fā)動機(jī)上作為一級工作葉片通過100小時(shí)試車，1965年通過部級鑒定，最終研制成功，正式命名為GH51合金。其成分為：C0.06/0.11，Cr9.5/11.5，Ni基，Co15/16.5，W6.0/7.5，Mo2.5/3.1，Al5.7/6.2，Nb1.95/2.35，B0.012/0.02，Ce0.02，Zr0.03/0.05。950攝22氏度，100小時(shí)持久強(qiáng)度達(dá)19-2

4、0kg/mm，1000℃，100小時(shí)持久強(qiáng)度達(dá)11kg/mm。當(dāng)時(shí)是直至目前仍是國內(nèi)最高性能的高溫變形合金，與前蘇聯(lián)的эи220，英美的Nimoic118國際同類型最高牌號合金性能水平相當(dāng)。盡管由于各種客觀和主觀的原因該合金沒有被啟用，但它的合金化原理，真空加電渣雙聯(lián)冶煉工藝，包套軋制工藝，四步模鍛工藝，避免脫碳﹑脫硼熱處理工藝等都是最先提出且頗有建樹的，對后來其它高溫合金的研究和試制都具有一定的啟迪作用。2按照事先提出的要求，一個(gè)屈服強(qiáng)度高于GH33合金8-10kg/mm綜合性能優(yōu)良的渦輪盤材料，經(jīng)過WP-7發(fā)動

5、機(jī)地面試車和空中試飛證實(shí)完全克服了渦輪盤伸長超差的問題。中國自己研制的新的高溫材料，取名為GH33A，其成分C≤0.07，Cr19/22，Ni基，Nb1.15/1.65，Al0.7/1.2，Ti2.5/3.0，B≤0.01，Ce≤0.01。GH33A合金除了屈服強(qiáng)度高以外，疲勞和蠕變性能也都較GH33優(yōu)越。由于該合金在WP-7上作為一﹑二級渦輪盤和承力環(huán)成功地使用，WP-6的一﹑二級盤，WJ-5的一﹑二﹑三級渦輪盤也都全部改用GH33A。K19合金含高鎢﹑鈮﹑低鉻，高鋁低鈦，固溶強(qiáng)化和時(shí)效沉淀強(qiáng)化效應(yīng)都很高。持久強(qiáng)

6、度比美國最高鑄造合金Mar-M246，B-1900，In-100還高?？捎米?50-1000℃新型燃?xì)鉁u輪葉片，導(dǎo)向葉片和整體渦輪。其成分為C0.09/0.14，Cr5.5/6.5，Ni基，Co11.0/13.0，W9.5/10.7，Mo1.7/2.3，Al5.2/5.7，Ti1.1/1.5，Nb2.5/3.5，B0.05/0.10，Zr0.03/0.08。537是為代替美國的IN-738合金。西方的地面燃?xì)廨啓C(jī)和艦用動力設(shè)備的一級動葉材料大都用含鉭的IN-738合金。鉭是我國稀缺元素，而鈮是我國富有元素，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)

7、含1.7/2.2Nb的537合金也具有良好的抗燃?xì)飧g性能和很好的高溫強(qiáng)度，合金成分為C0.07/0.12，Cr15/16，Ni基，Co9.0/10.0，W4.7/5.2，Mo1.2/1.7，Al2.7/3.2，Ti3.2/3.7，Nb1.7/2.2，B0.01/0.02。適用在800-850℃作大型地面發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)動葉材料，經(jīng)10000多小時(shí)使用考驗(yàn)，抗熱腐蝕性能和使用質(zhì)量均達(dá)到含鉭IN-738合金水平。4、含鈮低偏析高溫合金從1979年開始深入研究如何減少凝固偏析的問題，著眼點(diǎn)放在合金系統(tǒng)本身。從熱力學(xué)上分析，

8、合金的凝固偏析程度決定于合金液相線和固相線的相對位置，即凝固溫度區(qū)間大的合金凝固偏析嚴(yán)重，反之亦然。因此，要減少合金的凝固偏析，一個(gè)有效的方法是壓縮凝固溫度區(qū)間。為了準(zhǔn)確測定這一區(qū)間，我們放棄了傳統(tǒng)的熱差分析法，而創(chuàng)建了金相探針法來進(jìn)行這項(xiàng)工作。結(jié)果表明，兩種方法測得的各種高溫合金的初凝固溫度是接近的，而終凝溫度則相差很大，用熱差分析法測得的凝固區(qū)間一般在5