定向凝固DZ445合金高温氧化行为的研究(2)

自1956年初高温合金GH3030首次试制以来,中国高温合金的研究、生产和应用经历了60年的发展。60年来高温合金的发展可分为三个阶段。 第一阶段:1956~7


自1956年初高温合金GH3030首次试制以来,中国高温合金的研究、生产和应用经历了60年的发展。60年来高温合金的发展可分为三个阶段。

第一阶段:1956~70年代初是中国高温合金的起始和开始阶段。这一阶段主要以前苏联高温合金的合金系列为模型,如GH4033、GH4049、GH2036、GH3030、K401和K403。

第二阶段:从20世纪70年代中期到90年代中期,是中国高温合金的发展阶段。在主要阶段,主要生产欧洲和美国的发动机,提高了高温合金的生产工艺和质量控制。

第三阶段:从20世纪90年代中期到现在,是中国高温合金的一个新的发展阶段。在这一阶段,一系列新技术得到了应用和发展,并开发出了一系列高性能、高性能的新型合金。

目前,中国的主要研究单位有:钢铁研究总院、北京航空材料研究院、中国科学院金属研究所、北京科技大学、东北大学、西北理工大学。加州大学等等。主要生产企业有中国航空工业、钢铁研究大学、冶炼石、富顺特钢和高钢特钢。第二重型机械集团万航锻造厂等。在此基础上,中国已经具备了对高温合金新材料、新技术进行自主研发的能力。

虽然高温金属合金材料在中国已经发展了近60年,但工业的发展仍在不断增长。由于高温金属合金材料的技术含量高,该行业具有深厚的护城河。中国高温金属合金的年需求量超过2万吨,中国年产量约1万吨,市场容量超过80亿元。未来20年,我国军用飞机采购需求约为2800。民用飞机采购数量约为5400架。相应的高温合金需求在1500亿以上,加上500亿的燃气轮机需求。只有2000亿的市场空间即将在高温合金空间中打开。

中国目前的生产能力和需求之间存在着两个缺口:

(1)生产能力不足。目前,中国高温合金生产企业的数量有限,生产能力与需求之间存在较大差距。燃气轮机和核电领域中的高温合金主要依赖于进口。

(2)高端产品难以满足应用需求。我国高温合金的生产水平与俄罗斯及其他国家的差距很大。随着中国航天高性能发动机的发展,高温合金材料的供应已不能满足应用的要求。

1.2 高温合金的分类

1.2.1 按基体元素种类分类

(1) 铁基高温合金

耐热合金钢也是铁基高温合金的一种称呼,因为铁基高温合金耐热能力强。 Fe 元素是它的基体元素,又添加少量合金元素如Ni、Cr 等进入其中 [1]。

(2) 镍基高温合金

镍基高温合金中,镍元素的含量占了大于50%。而镍基高温合金适宜温度则在1000℃以上,并采用了一些加工过程如:固溶、时效,这样可以大大提高抗蠕变的特征以及抗压、抗屈服强度的能力;镍基高温合金的使用率大幅地超过了铁基高温合金与钴基高温合金之和,我国用的使用率最高、产出的最多的高温合金也就是镍基高温合金 [1]。航空发动机所使用的高温材料的承受高温的能力从1930年的750℃提高到了1980年的1 200℃。可以这么说说,这种巨大提升也使得铸造工艺加工和表面涂层等方面得到了快速发展。

(3) 钴基高温合金

钴基高温合金是一种以钴为主要基体元素的金属材料,钴元素的含量大约占六成左右,为了提升高温合金的耐热性能,还需要加入Ni 、Cr等元素;为了使钴基高温合金能够获得更为优良的耐热性能,在制备时,需要添加如W、Mo、Co 、Ti、Al等元素,用来确保其优良的抗热、抗疲劳性特征[1]。

1.2.2 按合金强化类型分类

(1) 固溶强化型

固溶强化方式是在铁、镍、钴基高温合金中加入一定的合金元素,形成单相奥氏体,增加固溶体的抗滑移性;降低合金系统的层错能,达到增加位错分解,使得交替滑移变得困难,为了达到强化高温合金的目的[1]。