難變形高溫合金

    難變形高溫合金通常是指強(qiáng)化相質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)40%以上的一類變形高溫合金。該類合金一般具備以下典型特征：合金化程度高、強(qiáng)化相數(shù)量多、變形抗力大、導(dǎo)熱性能差、熱加工范圍窄，在現(xiàn)有設(shè)備條件下需采用一些特殊熱加工技術(shù)才能獲得相對(duì)均勻的組織。

    難變形高溫合金因強(qiáng)化相含量高及優(yōu)良的高溫組織穩(wěn)定性，其綜合力學(xué)性能可以達(dá)到粉末高溫合金水平，承溫能力也相對(duì)傳統(tǒng)變形高溫合金更高。目前已成為高推重比航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)部件的關(guān)鍵選材，主要用于制造航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤、壓氣機(jī)盤、機(jī)匣、葉片等零件。

難變形高溫合金材料的發(fā)展

    高溫合金誕生于20世紀(jì)30年代，并受二次世界大戰(zhàn)影響，其研究和應(yīng)用得到快速發(fā)展。自20世紀(jì)70年代，為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)更高服役性能的要求，綜合性能更優(yōu)的難變形高溫合金得到突破性發(fā)展，出現(xiàn)了以美國(guó)Udimet 710，Udimet 720，Udimet 720Li，以及俄羅斯ЭК79和ЭК151等合金為代表的難變形高溫合金（見圖1），滿足了航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高性能渦輪盤材料的使用需求。進(jìn)入21世紀(jì)，新型合金ВЖ175研制成功，其長(zhǎng)期服役溫度可達(dá)800 ℃，并繼承了俄系高溫合金高熱強(qiáng)性能的優(yōu)勢(shì)。為了實(shí)現(xiàn)低的成本控制，通用電氣公司在René88DT化學(xué)成分基礎(chǔ)上研制出René65難變形高溫合金，承溫能力低于ВЖ175合金，但熱加工性能良好。法國(guó)研制的AD730合金的力學(xué)性能與Udimet 720Li合金相當(dāng)，但熱加工性能和焊接性能優(yōu)于Udimet 720Li合金，有望用于制備成本更低的航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件。總體來看，目前國(guó)際上新型難變形高溫合金從單純注重材料高溫力學(xué)性能，向服役性能與制備工藝平衡方向發(fā)展。

 國(guó)外變形高溫合金盤材的發(fā)展歷程

難變形高溫合金工藝的發(fā)展

    與傳統(tǒng)變形高溫合金渦輪盤雙聯(lián)或三聯(lián)冶煉+鍛造開坯+模鍛/軋制的工藝相比，作為強(qiáng)化相質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過40%的難變形高溫合金，其鑄鍛工藝的成功實(shí)施需要解決大尺寸鋼錠的成分控制與冶金缺陷預(yù)防、鑄態(tài)組織破碎與大規(guī)格細(xì)晶棒材制備、盤鍛件組織性能高效調(diào)控等一系列的技術(shù)難題。近年來，國(guó)際上逐步突破了難變形高溫合金的三聯(lián)大錠型冶煉、均勻化處理、大尺寸細(xì)晶棒材的反復(fù)鐓拔+徑鍛開坯、盤件鍛造與組織性能控制等關(guān)鍵技術(shù)，并且隨著冶金技術(shù)和設(shè)備水平的提升，實(shí)現(xiàn)了難變形高溫合金極限制備水平的不斷突破，滿足了先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，如圖2所示。

圖2 難變形高溫合金渦輪盤制備工藝路線圖

我國(guó)難變形高溫合金的發(fā)展與應(yīng)用

   我國(guó)的第一爐高溫合金于1956年3月26日試煉成功，從模仿國(guó)外到逐步具備自主研發(fā)能力，國(guó)內(nèi)高溫合金的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)歷了64年的發(fā)展歷程，并且形成了我國(guó)特色的高溫合金體系，其中難變形高溫合金材料的制造工藝及其應(yīng)用成就令人矚目。自20世紀(jì)80年代開始，隨著航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，我國(guó)開始了難變形高溫合金的跟蹤研究，攻克了多種牌號(hào)鋼錠的成分控制、冶金缺陷預(yù)防、細(xì)晶棒材制備及盤鍛件組織和性能調(diào)控等一系列技術(shù)難點(diǎn)，成功研制了GH4710，GH4079，GH4720Li，GH4096等難變形高溫合金，滿足了我國(guó)航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。目前，國(guó)內(nèi)正在開展多種新型難變形高溫合金的研究，為未來*航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展提供更可靠的材料保障。

難變形高溫合金材料展望

    近年來，國(guó)內(nèi)特種冶金及熱加工技術(shù)快速提升，為我國(guó)難變形高溫合金的成功研制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為了保障更高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)材料的使用需求，國(guó)內(nèi)外仍在不斷探索難變形高溫合金的發(fā)展?jié)摿?，朝著更高合金化、更高力學(xué)性能、更好加工性能及低成本制造方向發(fā)展，為最終形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的難變形高溫合金材料體系奠定基礎(chǔ)。

曲敬龍^1,2、王民慶^1,2、史玉亭^1,2、秦鶴勇^1,2、張北江^1,2、付銳^1,2、畢中南^1,2、鄧群^1,2、杜金輝^1,2

（1 北京鋼研高納科技股份有限公司，北京 100081; 2鋼鐵研究總院 高溫合金新材料北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081;）

原文出處：

GH4720Li合金中析出相的研究進(jìn)展（點(diǎn)擊“題目"可鏈接全文）

曲敬龍, 易出山, 陳競(jìng)煒, 史玉亭, 畢中南, 杜金輝

2020, 48 (8): 73-83.   

DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000182 

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