高温合金制备工艺与发展趋势可研报告(可研报告范文)

　　 第一节 高温合金的概念   　　 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。(可研报告)   　　 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。     　　 第二节 高温合金制备工艺   　　 1、铸造冶金工艺   　　 目前各种先进铸件制造技术和加工设备在不断开发和完善，如热控凝固、细晶工艺、激光成形修复技术、耐磨铸件铸造技术等，原有技术水平不断提高完善从而提高各种高温合金铸件产品的质量一致性和可靠性。   　　 不含或少含铝、钛的高温合金，一般采用电弧炉或非真空感应炉冶炼。含铝、钛高的高温合金如在大气中熔炼时，元素烧损不易控制，气体和夹杂物进入较多，所以应采用真空冶炼。为了进一步降低夹杂物的含量，改善夹杂物的分布状态和铸锭的结晶组织，可采用冶炼和二次重熔相结合的双联工艺。冶炼的主要手段有电弧炉、真空感应炉和非真空感应炉；重熔的主要手段有真空自耗炉和电渣炉。   　　 固溶强化型合金和含铝、钛低（铝和钛的总量约小于4.5%）的合金锭可采用锻造开坯；含铝、钛高的合金一般要采用挤压或轧制开坯，然后热轧成材，有些产品需进一步冷轧或冷拔。直径较大的合金锭或饼材需用水压机或快锻液压机锻造。   　　 2、结晶冶金工艺   　　 为了减少或消除铸造合金中垂直于应力轴的晶界和减少或消除疏松，近年来又发展出定向结晶工艺。这种工艺是在合金凝固过程中使晶粒沿一个结晶方向生长，以得到无横向晶界的平行柱状晶。实现定向结晶的首要工艺条件是在液相线和固相线之间建立并保持足够大的轴向温度梯度和良好的轴向散热条件。此外，为了消除全部晶界，还需 研究 单晶叶片的制造工艺。   　　 3、粉末冶金工艺   　　 粉末冶金工艺，主要用以生产沉淀强化型和氧化物弥散强化型高温合金。这种工艺可使一般不能变形的铸造高温合金获得可塑性甚至超塑性。   　　 4、强度提高工艺   　　 ⑴固溶强化   　　 加入与基体金属原子尺寸不同的元素(铬、钨、钼等)引起基体金属点阵的畸变，加入能降低合金基体堆垛层错能的元素（如钴）和加入能减缓基体元素扩散速率的元素（钨、钼等），以强化基体。   　　 ⑵ 沉淀强化   　　 通过时效处理，从过饱和固溶体中析出第二相（γ’、γ"、碳化物等），以强化合金。γ‘相与基体相同，均为面心立方结构，点阵常数与基体相近，并与晶体共格，因此γ相在基体中能呈细小颗粒状均匀析出，阻碍位错运动，而产生显著的强化作用。γ’相是A3B型金属间化合物，A代表镍、钴，B代表铝、钛、铌、钽、钒、钨，而铬、钼、铁既可为A又可为B。镍基合金中典型的γ‘相为Ni3(Al,Ti)。γ’相的强化效应可通过以下途径得到加强：   　　 ①增加γ‘相的数量。   　　 ②使γ’相与基体有适宜的错配度，以获得共格畸变的强化效应。   　　 ③加入铌、钽等元素增大γ’相的反相畴界能，以提高其抵抗位错切割的能力。   　　 ④加入钴、钨、钼等元素提高γ‘相的强度。γ"相为体心四方结构，其组成为Ni3Nb。因γ"相与基体的错配度较大,能引起较大程度的共格畸变，使合金获得很高的屈服强度。但超过700℃，强化效应便明显降低。钴基高温合金一般不含γ相，而用碳化物强化。   　　 第三节 高温合金的应用领域   　　 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最高、难度最大的部件之一。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最高的性能要求。   　　 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、涡轮叶片和涡轮盘四大热段零部件；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。   　　 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轮盘的需求。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。     　　 第四节 高温合金的发展趋势   　　 （一）单晶高温合金叶片材料及制备技术   　　 重点开展第二代、第三代单晶高温合金合金成分设计、元素交互作用、单晶生长工艺、凝固缺陷控制、再结晶形成机理与控制、焊接工艺、热处理工艺等 研究 工作，解决单晶叶片制造工艺不稳定及合格率低等问题，实现单晶叶片工艺的优化和稳定化，提高合金材料的成熟度，满足第三代和第四代航空发动机需求。同时，应加快开展第四代单晶高温合金的预研工作。   　　 （二）粉末高温合金涡轮盘材料及制备技术   　　 在材料方面，重点 研究 原始粉末颗粒边界（PPB）和夹杂物等的形成、分布、微观特征及演化规律， 分析 PPB 对粉末高温合金的韧性、塑性以及强度的影响； 研究 夹杂物对粉末高温合金低周疲劳性能的影响；用数值模拟方法计算 PPB 和夹杂物导致粉末高温合金失效的模式并进行实验验证，zui终获得具有高损伤容限性能的粉末高温合金。在制备工艺方面，重点 研究 纯净化冶炼和制粉、挤压、等温锻造、热等静压等工艺，建立完善的工艺文件、技术标准和检验方法，提高合金材料的成熟度，为我国先进航空发动机提供粉末盘制造和应用技术。   　　 （三）变形高温合金涡轮盘材料及制备技术   　　 重点 研究 合金成分设计、合金纯净度与成分偏析、热工艺参数优化、热塑性变形与组织演变、沉淀相与动态再结晶过程交互作用、塑性变形失稳、晶粒异常长大等问题，建立合金成分—加工工艺—组织结构—使役性能之间的本构关系。加快开展使用温度 800℃~850℃ 变形高温合金及其双辐板冷却涡轮盘研制工作，形成相关技术标准和工艺文件，为我国推重比12 及以上航空发动机变形涡轮盘的应用提供技术储备。   　　 （四）高温合金纯净化冶炼技术   　　 重点 研究 高稳定性熔炼坩埚材料制备技术，母合金纯净化冶炼工艺，高温合金脱O、脱N、脱 S 机理，杂质元素对高温合金力学性能和工艺性能影响，杂质元素 分析 及其控制方法，使高温合金母合金中的 O、N、S 稳定控制在 5ppm 以下，大幅度提高铸锭的纯净度，改善铸件的冶金质量。确定高温合金精炼净化工艺路线，制定相应技术标准。   　　 （五）Nb 基超高温材料及制备技术   　　 研究 Nb 基超高温材料的合金成分设计、制备工艺、组织结构与力学性能关系，重点提高合金的韧性、高温强度和抗高温氧化性能，使其能够作为结构材料在未来高推重比航空发动机上得到应用。


免责申明：本文仅为中经纵横 市场 研究 观点，不代表其他任何投资依据或执行标准等相关行为。如有其他问题，敬请来电垂询：4008099707。特此说明。