【期刊】【科普系列】难变形高温合金材料在航空航天的发展及应用 | 材料工程

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难变形高温合金

    难变形高温合金通常是指强化相质量分数高达40%以上的一类变形高温合金。该类合金一般具备以下典型特征：合金化程度高、强化相数量多、变形抗力大、导热性能差、热加工范围窄，在现有设备条件下需采用一些特殊热加工技术才能获得相对均匀的组织。

    难变形高温合金因强化相含量高及优良的高温组织稳定性，其综合力学性能可以达到粉末高温合金水平，承温能力也相对传统变形高温合金更高。目前已成为高推重比航空航天发动机部件的关键选材，主要用于制造航空航天发动机涡轮盘、压气机盘、机匣、叶片等零件。

难变形高温合金材料的发展

    高温合金诞生于20世纪30年代，并受二次世界大战影响，其研究和应用得到快速发展。自20世纪70年代，为了满足发动机更高服役性能的要求，综合性能更优的难变形高温合金得到突破性发展，出现了以美国Udimet 710，Udimet 720，Udimet 720Li，以及俄罗斯ЭК79和ЭК151等合金为代表的难变形高温合金（见图1），满足了航空航天发动机对高性能涡轮盘材料的使用需求。进入21世纪，新型合金ВЖ175研制成功，其长期服役温度可达800 ℃，并继承了俄系高温合金高热强性能的优势。为了实现低的成本控制，通用电气公司在René88DT化学成分基础上研制出René65难变形高温合金，承温能力低于ВЖ175合金，但热加工性能良好。法国研制的AD730合金的力学性能与Udimet 720Li合金相当，但热加工性能和焊接性能优于Udimet 720Li合金，有望用于制备成本更低的航空发动机零部件。总体来看，目前国际上新型难变形高温合金从单纯注重材料高温力学性能，向服役性能与制备工艺平衡方向发展。

图1 国外变形高温合金盘材的发展历程

难变形高温合金工艺的发展

    与传统变形高温合金涡轮盘双联或三联冶炼+锻造开坯+模锻/轧制的工艺相比，作为强化相质量分数超过40%的难变形高温合金，其铸锻工艺的成功实施需要解决大尺寸钢锭的成分控制与冶金缺陷预防、铸态组织破碎与大规格细晶棒材制备、盘锻件组织性能高效调控等一系列的技术难题。近年来，国际上逐步突破了难变形高温合金的三联大锭型冶炼、均匀化处理、大尺寸细晶棒材的反复镦拔+径锻开坯、盘件锻造与组织性能控制等关键技术，并且随着冶金技术和设备水平的提升，实现了难变形高温合金极限制备水平的不断突破，满足了先进航空发动机的需要，如图2所示。

图2 难变形高温合金涡轮盘制备工艺路线图

我国难变形高温合金的发展与应用

    我国的第一炉高温合金于1956年3月26日试炼成功，从模仿国外到逐步具备自主研发能力，国内高温合金的研究、生产和应用已经历了64年的发展历程，并且形成了我国特色的高温合金体系，其中难变形高温合金材料的制造工艺及其应用成就令人瞩目。自20世纪80年代开始，随着航空航天发动机的发展，我国开始了难变形高温合金的跟踪研究，攻克了多种牌号钢锭的成分控制、冶金缺陷预防、细晶棒材制备及盘锻件组织和性能调控等一系列技术难点，成功研制了GH4710，GH4079，GH4720Li，GH4096等难变形高温合金，满足了我国航空航天发动机的需求。目前，国内正在开展多种新型难变形高温合金的研究，为未来国内先进航空航天发动机的发展提供更可靠的材料保障。

难变形高温合金材料展望

    近年来，国内特种冶金及热加工技术快速提升，为我国难变形高温合金的成功研制奠定了坚实的基础。为了保障更高推重比发动机对材料的使用需求，国内外仍在不断探索难变形高温合金的发展潜力，朝着更高合金化、更高力学性能、更好加工性能及低成本制造方向发展，为最终形成具有自主知识产权的难变形高温合金材料体系奠定基础。

原文出处：

GH4720Li合金中析出相的研究进展（复制下方链接至浏览器可查看全文）

http://jme.biam.ac.cn/CN/10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000182

曲敬龙, 易出山, 陈竞炜, 史玉亭, 毕中南, 杜金辉

2020, 48 (8): 73-83.   

DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000182 

《材料工程》(月刊) 创刊于1956年，由中国航空发动机集团有限公司主管，中国航发北京航空材料研究院主办，国内外公开发行，是综合性的材料科学与技术刊物。《材料工程》一直是美国《工程索引》（EI Compendex），剑桥科学文摘（CSA），美国化学文摘（CA）和日本科学文摘等多家国外数据库收录期刊，同时是北大图书馆出版的《中文核心期刊要览》和科技引文统计源（核心）收录期刊。《材料工程》是一份偏重材料工程应用研究成果的综合性科学技术刊物，主要刊登高新科技领域新材料研究进展，材料新工艺新方法的研究情况；含试验、材料计算、数值模拟、材料性能及表征等研究方向；有研究论文和评述文章两类文章。

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