自1956年爐高溫合金GH3030試煉成功,迄今為止,我國高溫合金的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用已歷經(jīng)60年的發(fā)展歷程。60年的高溫合金發(fā)展可以分為三個階段。
個階段:從1956年至20世紀(jì)70年代初是我國高溫合金的創(chuàng)業(yè)和起始階段。本階段主要是仿制前蘇聯(lián)高溫合金為主體的合金系列,如:GH4033,GH4049,GH2036,GH3030,K401和K403等。
第二個階段:從20世紀(jì)70年代中至90年代中期,是我國高溫合金的提高階段。主階段主要試制歐美型號的發(fā)動機(jī),提高高溫合金生產(chǎn)工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量控制。
第三階段:從20世紀(jì)90年代中至今,是我國高溫合金的全新發(fā)展階段。本階段主要是應(yīng)用和開發(fā)了一批新工藝,研制和生產(chǎn)了一系列高性能、次的新合金。
目前,我國的高溫合金研究主要研究單位是鋼鐵研究總院、北京航空材料研究院、中國科學(xué)院金屬研究所、北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等,主要生產(chǎn)企業(yè)有:中航工業(yè)、鋼研高納、煉石有色、撫順特鋼、高鋼特鋼和第二重型機(jī)械集團(tuán)萬航模鍛廠(二重)等。在此基礎(chǔ)上,我國已具備了高溫合金新材料、新工藝自主研發(fā)和研究的能力。
雖然高溫金屬合金材料在我國已發(fā)展近60年,但行業(yè)發(fā)展仍處于成長期。由于高溫金屬合金材料領(lǐng)域具有較高技術(shù)含量,該行業(yè)企業(yè)擁有較深護(hù)城河。我國高溫金屬合金每年需求量在2萬噸以上,國內(nèi)年生產(chǎn)量在1萬噸左右,市場容量超過80億元,其中進(jìn)口占比較大。未來20年我國各類軍機(jī)采購需求在2800架左右,民用飛機(jī)采購數(shù)量在5400架左右,對應(yīng)的高溫合金需求在1500億以上,再加上500億的燃?xì)廨啓C(jī)需求,僅高溫合金空間一項(xiàng)就有2000億的市場空間即將打開。
我國目前的生產(chǎn)能力與需求相比存在兩個缺口:(1)生產(chǎn)能力不足。目前我國高溫合金生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量有限,生產(chǎn)能力與需求之間存在較大缺口,在燃?xì)廨啓C(jī)、核電等領(lǐng)域的高溫合金主要還依賴進(jìn)口。(2)高端產(chǎn)品難以滿足應(yīng)用需求。我國的高溫合金生產(chǎn)水平與美國、俄羅斯等國有著較大差距,隨著我國研制更高性能的航空航天發(fā)動機(jī),高溫合金材料在供應(yīng)上存在無法滿足應(yīng)用需求的現(xiàn)象 [1] 。
不銹鋼特性:與 304 鋼相比,Cr 和 Ni 含量較低,冷加工時抗拉強(qiáng)度和硬度增高。無磁性,但冷加工后有磁性。
不銹鋼用途:列車、航空器、傳送帶、車輛、螺栓、螺母、彈簧、篩網(wǎng)等。
不銹鋼牌號:301L
不銹鋼特性:在 301 鋼基礎(chǔ)上,降低C含量,改善焊口的抗晶界腐蝕性;通過添加N元素來彌補(bǔ)含C量降低引起的強(qiáng)度不足,保證鋼的強(qiáng)度。
不銹鋼用途:鐵道車輛構(gòu)架及外部裝飾材料。
不銹鋼牌號:303
不銹鋼特性:在304成分基礎(chǔ)上添加了S,切削性能好,防腐性能沒有304好。
不銹鋼用途:要求易切削和表面光潔度高的場合,尤其適宜自動車床使用,可加工成螺栓和螺母等。
不銹鋼牌號:303Cu
不銹鋼特性:在303的基礎(chǔ)上加了Cu,切削性與成形性優(yōu)于303。
不銹鋼用途:與303相同。自動車床使用,要求切削性與表面光潔度的場合。
不銹鋼牌號:304
不銹鋼特性:不銹鋼中普遍的鋼種。具有良好的耐蝕性、耐熱性,低溫強(qiáng)度和機(jī)械特性;沖壓、彎曲等熱加工性好,無熱處理硬化現(xiàn)象(無磁性,使用溫度-196℃~800℃)。
不銹鋼用途:用途非常廣泛,家庭用品,汽車配件,醫(yī)療器具,建材,化學(xué),食品工業(yè),農(nóng)業(yè),船舶部件等。
不銹鋼牌號:304L
不銹鋼特性:作為低C的304鋼,在一般狀態(tài)下,其耐蝕性與304剛相似,但在焊接后或者應(yīng)力后,其抗晶界腐蝕能力;在未進(jìn)行熱處理的情況下,亦能保持良好的耐蝕性,使用溫度-196℃~800℃。
不銹鋼用途:需要高耐粒界腐蝕性的化學(xué)、煤炭、石油產(chǎn)業(yè)設(shè)備、建筑材料、耐熱部件及不易熱處理的部件。
不銹鋼牌號:304Cu
不銹鋼特性:304的基礎(chǔ)上添加了Cu,提高了抗菌性及成型性,有利于需要衛(wèi)生觀念的環(huán)境及深加工產(chǎn)品。
不銹鋼用途:保溫瓶、廚房洗滌槽、鍋、壺、保溫飯盒、門把手、紡織加工機(jī)器。
不銹鋼牌號:304H
不銹鋼特性:在304鋼的基礎(chǔ)上,提高含碳量,冷軋加工時強(qiáng)度有所提高。
不銹鋼用途:多用于線材。釣魚鉤等。
不銹鋼牌號:304N
不銹鋼特性:在304的基礎(chǔ)上加了N,提高了鋼的強(qiáng)度。
不銹鋼用途:適用于對冷成型性要求高的場合,如泵軸、船軸等。
不銹鋼牌號:316
不銹鋼特性:在304成分基礎(chǔ)上添加了Mo,耐蝕性、耐大氣腐蝕性和高溫強(qiáng)度特別好,可在苛酷的條件下使用;加工硬化性優(yōu)(無磁性)。
不銹鋼用途:海水里用設(shè)備、化學(xué)、染料、造紙、草酸、肥料等生產(chǎn)設(shè)備;照像、食品工業(yè)、沿海地區(qū)設(shè)施、繩索、CD桿、螺栓、螺母等。
不銹鋼牌號:316L
不銹鋼特性:作為 316 鋼種的低 C 版本,除與 316 鋼有相同的特性外,其抗晶界腐蝕性優(yōu)。
不銹鋼用途:316鋼的用途中,對抗晶界腐蝕性有特別要求的產(chǎn)品。
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傳統(tǒng)的劃分高溫合金材料可以根據(jù)以下3 種方式來進(jìn)行: 按基體元素種類、合金強(qiáng)化類型、材料成型方式來進(jìn)行劃分。
1、按基體元素種類
⑴鐵基高溫合金
鐵基高溫合金又可稱作耐熱合金鋼。 它的基體是Fe 元素,加入少量的Ni、Cr 等合金元素,耐熱合金鋼按其正火要求可分為馬氏體、奧氏體、珠光體、鐵素體耐熱鋼等。
⑵鎳基高溫合金
鎳基高溫合金的含鎳量在一半以上,適用于1 000℃以上的工作條件,采用固溶、時效的加工過程,可以使抗蠕變性能和抗壓抗屈服強(qiáng)度大幅。目前就高溫環(huán)境使用的高溫合金來分析,使用鎳基高溫合金的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鐵基和鈷基高溫合金用處。同時鎳基高溫合金也是我國產(chǎn)量、使用量的一種高溫合金. 很多渦輪發(fā)動機(jī)的渦輪葉片及燃燒室,甚至渦輪增壓器也使用鎳基合金作為制備材料。半個多世紀(jì)以來,航空發(fā)動機(jī)所應(yīng)用的高溫材料承受高溫能力從20 世紀(jì)40 年代末的750℃提高到90 年代末的1 200℃應(yīng)該說,這一巨大也促使鑄造工藝加工及表面涂層等方面快速發(fā)展。
⑶鈷基高溫合金
鈷基高溫合金是以鈷為基體,鈷含量大約占60%,同時需要加入Cr、Ni 等元素來高溫合金的耐熱性能,雖然這種高溫合金耐熱性能較好,但由于各個鈷資源產(chǎn)量比較少,加工比較困難,因此用量不多。通常用于高溫條件( 600 ~ 1 000℃) 和較長時間受極限復(fù)雜應(yīng)力高溫零部件,例如航空發(fā)動機(jī)的工作葉片、渦 、燃燒室熱端部件和航天發(fā)動機(jī)等。為了獲得更優(yōu)良的耐熱性能,一般條件下要在制備時添加元素如W、MO、Ti、Al、Co,以保證其優(yōu)越的抗熱抗疲勞性。
2、合金強(qiáng)化類型
根據(jù)合金強(qiáng)化類型,高溫合金可以分為固溶強(qiáng)化型高溫合金和時效沉淀強(qiáng)化合金。
⑴固溶強(qiáng)化型
所謂固溶強(qiáng)化型即添加一些合金元素到鐵、鎳或鈷基高溫合金中,形成單相奧氏體組織,溶質(zhì)原子使固溶體基體點(diǎn)陣發(fā)生畸變,使固溶體中滑移阻力增加而強(qiáng)化。有些溶質(zhì)原子可以降低合金系的層錯能,提高位錯分解的傾向,導(dǎo)致交滑移難于進(jìn)行,合金被強(qiáng)化,達(dá)到高溫合金強(qiáng)化的目的。
⑵時效沉淀強(qiáng)化
所謂時效沉淀強(qiáng)化即合金工件經(jīng)固溶處理,冷塑性變形后,在較高的溫度放置或室溫保持其性能的一種熱處理工藝。例如:GH4169 合金,在650℃的屈服強(qiáng)度達(dá)1 000 MPa,制作葉片的合金溫度可達(dá)950℃。