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从650℃到1200℃,耗费了人类87年———高温合金简史

2016-06-27 材料十



【材料+】说:


高温合金的发展历史,是人类孜孜不倦追求进步的真实写照。高温合金的开发从1929年左右电工合金开始,至今80多年。高温合金的使用温度以平均每年提高10℃的温度增加,从当初的650℃发展到今天的1200℃左右。在产品上,从最早使用的铁基高温合金(即耐热钢)、钴基合金,至50年代又开发出被誉为“发动机心脏”的镍基高温合金。

各国高温合金的科研历程:


1929年英美两国科学家(Meriea、Bedford、Pilling)将少量的Ti和Al加入到80Ni-20Cr电工合金,蠕变显著增强;


1937年德国科学家Hans von ohain 研制的涡轮喷气发动机Heinkel问世;1939年英国研制出Whittle涡轮喷气发动机;



1939年英国Mond镍公司(国际镍公司)研制出镍基合金Nimonic75,打算用其来做Whittle发动机涡轮叶片,后来由Nimonic80取代,因为后者含Al、Ti,蠕变性能比前者高出50℃;1942年Nimonic80用做涡轮喷气发动机叶片,成为最早的Ni3(Al, Ti)强化的涡轮叶片材料。此后,该公司在合金中加入了B、Zr、Co、Mo等合金元素,相继开发了Nimonic80A、Nimonic90等合金,形成了Nimonic合金系列;


1932年美国Halliwell开发了含Al、Ti的弥散强化型镍基合金K42B,用以制造活塞式航空发动机的增压涡轮;1941年美国开始发展航空燃气涡轮机;


1942年Hastelloy B镍基合金用于GE公司的Bellp-59喷气发动机及其后的I-40喷气发动机;1944年西屋公司的YanKee19A发动机采用钴基合金HS23精密铸造叶片;


Bellp-59

1950年美国出兵朝鲜,由于钴的资源短缺,镍基合金得到发展并被广泛用作涡轮叶片。美国的PW公司、GE公司和特殊金属公司分别开发出了Waspalloy、M-252和Udmit 500等合金。并在这些合金发展基础上,形成了Inconel、Mar-M和Udmit等牌号系列。


到了二十世纪40-50年中期,科学家们主要是通过调整合金成分来提高合金性能,随着二十世纪40年代末真空熔炉技术的出现,科学家们通过这项技术去除掉了合金中的有害杂质和气体,并精确控制了合金的成分,由此生产出了如Mar-M200、In100、B1900等铸造高温合金。


到了60年代,随着科学生产技术的提高,科学们提出了定向凝固、单晶合金、粉末合金、机械合金化、陶瓷过滤、等温锻造等新型工艺,这也促使了新型高温合金的产生,尤其是采用定向凝固工艺制出的单晶合金,其使用问题接近合金熔点的90%,至今,各国航空发动机叶片的主要材料还是单晶高温合金。


到目前为止,高温合金已经有了很多系列,并且每个公司生产的合金都其独特的特点,现在世界上生产高温合金的公司有:


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