高溫合金的耐熱腐蝕特性
高溫合金具有高的熱強(qiáng)度和高的熱穩(wěn)定性，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中不可缺少的重要材料，一臺(tái)新型渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)高溫合金材料用量占發(fā)動(dòng)機(jī)重量的50%以上。目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)朝著大推力、低油耗、高推重比和長(zhǎng)壽命的方向發(fā)展，主要通過(guò)提高壓氣機(jī)的增壓比和渦輪前進(jìn)口溫度以及在設(shè)計(jì)方面采取相應(yīng)的措施實(shí)現(xiàn)，世界上先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)渦輪前進(jìn)口溫度已達(dá)到1300℃以上，壓氣機(jī)出口溫度已超過(guò)800℃，因此在這樣高的工作溫度下，材料耐熱性非常重要，否則不能適應(yīng)現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的需求。從上世紀(jì)60年代以來(lái)高溫合金的工作溫度平均每年提高10℃，但還滿足不了發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前進(jìn)口溫度不斷提高的需求。
高溫合金成分比較復(fù)雜，原冶金部頒發(fā)標(biāo)準(zhǔn)采用漢語(yǔ)拼音“GH”字樣來(lái)表示。高溫合金按基體元素分為鐵基、鎳基、鈷基等；按合金的高溫性能分為熱強(qiáng)變形高溫合金、熱穩(wěn)定變形高溫合金。高溫合金緊固件主要采用熱強(qiáng)變形高溫合金制作，這類合金的特點(diǎn)是熱強(qiáng)度高，可用于高溫工作條件下承受大載荷及復(fù)雜應(yīng)力的零件，但冷變形很困難，必須采取熱成形工藝。近年來(lái)從國(guó)外引進(jìn)耐熱性更好的高溫合金有A286、Inconel718、Wasplloy、Rene41、Mp159、Nimonic80等。熱強(qiáng)變形高溫合金的室溫強(qiáng)度也非常好，一般情況下抗拉強(qiáng)度都超過(guò)1000MPa，其中Mp159合金抗拉強(qiáng)度最高，可達(dá)到1795MPa。
除熱強(qiáng)變形高溫合金外，航空緊固件還采用熱穩(wěn)定變形高溫合金材料制作，這類材料具有以下特點(diǎn)：抗氧化、抗腐蝕、抗沖刷能力很強(qiáng)，強(qiáng)度雖不高（σ0.2 = 300～400MPa），但塑性很好（δ=45%～60%），可進(jìn)行深沖壓和冷鐓，常用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)受力不大而工作溫度很高的零件與之相配套的緊固件，如燃燒室火焰筒、加力燃燒室及與相配套的螺栓、鉚釘、鎖片、銷軸等。具體合金牌號(hào)有GH1140、GH3030、GH3039等。
幾種熱強(qiáng)變形高溫合金主要成分，見(jiàn)表3-1。
表3-1 幾種熱強(qiáng)變形高溫合金主要成分
|
材料牌號(hào) |
主 要 化 學(xué) 成 分 |
|||||||||
|
中國(guó) |
美國(guó) |
C |
Cr |
Ni |
Co |
Mo |
Ti |
Fe |
Al |
Nb |
|
GH2132 |
A-286 |
≦0.08 |
13.5-16 |
24-27 |
|
1.0- 1.5 |
1.90- 2.35 |
余 |
|
|
|
GH4169 |
Inconnel718 |
≦0.08 |
17-21 |
50-55 |
≦1.0 |
2.8- 3.3 |
0.75- 1.15 |
|
0.3 -0.7 |
4.75- 5.5 |
|
GH141 |
Rene41 |
0.06- 0.12 |
18-20 |
余 |
10-12 |
9.0- 10.5 |
3.00- 3.5 |
|
1.4- 1.8 |
|
|
GH738 |
Waspaloy |
0.03- 0.1 |
18-21 |
余 |
12-15 |
3.5- 5.0 |
2.75- 6.25 |
|
1.2- 1.6 |
|
|
GH159 |
Mp159 |
≦0.04 |
18-20 |
余 |
34-38 |
6.0- 8.0 |
2.50- 3.25 |
8.0- 10 |
0.1- 0.3 |
0.25- 0.75 |
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