先进高温合金制备工艺，高温合金行业概况(K477（K77）镍基铸造高温合金)

今天给各位分享先进高温合金制备工艺，高温合金行业概况的知识，其中也会对K477（K77）镍基铸造高温合金进行分享，希望能对你有所帮助！

本文导读目录：

1、先进高温合金制备工艺，高温合金行业概况

2、K477（K77）镍基铸造高温合金

3、高温合金2019年年终汇总

先进高温合金制备工艺，高温合金行业概况

　　高温合金所具有的耐高温、耐腐蚀等性能主要取决于它的化学组成和组织结构。

　　高温合金材料制备技术与工艺仍处于不断的进步和创新中。

　　比如，冶炼工艺采用了真空感应+电渣重熔+真空自豪熔炼三联工艺，真空自耗熔炼采用了先进熔炼控制方法等；通过定向凝固柱晶合金和单晶合金工艺技术提高材料的高温强度；采用粉末冶金方法减少合金元素的偏析和提高材料强度等。

　　此外，氧化物弥散强化高温合金、金属间化合物高温材料也在不断发展和创新中。

　　粉末冶金高温合金是20世纪60年代发展起来的一种先进髙温合金制备工艺,由于用极细的金属粉末作为原材料,经过热固结成型及后续热加工处理得到的合金组织均匀,晶粒细小,无宏观偏析现象,而且合金的高温强度、蠕变性能及疲劳性能优异,因此很快成为航空发动机、核工业的耐热部件的首选材料[3]。

　　氧化物弥散强化(ODS)高温合金,是将细小的氧化物颗粒(一般选用Y2O3)均匀地分散于高温合金基体中,通过阻碍位错的运动而产生强化效果的一类合金。

　　内氧化法是利用合金中含量少、并且对氧有很强亲和力的合金元素与氧反应,生成氧化物质点作为弥散相。

　　化学共沉淀法的原理是在所配制的溶液中加入合适的沉淀剂,并把pH控制值在适当范围内,以制备出超细颗粒的前驱体沉淀物,再经陈化、过滤、洗涤、干燥以及热分解得到纳米级的复合氧化物粉末。

　　将预先配置好的合金在雾化过程惰性气体的保护下进行熔化,在雾化气体中加入氧气,使雾化液滴在冷凝过程中氧化增氧,控制气氛中氧的含量获得不同的氧含量的雾化气体,并通过雾化参数的控制获得要求的粉末粒度[5]。

　　松散的高温合金粉末只有通过固结工艺,才能得到完全致密化的材料。

　　固结的主要方法有热等静压(HIP)、热挤压等。

　　热等静压是一种在真空条件下利用高温高压手段将粉末热固结成型的工艺。

　　(2)热挤压(hotextrusion,HE)。

　　热挤压相对热等静压固结成型,能够产生更大的变形能力和密度更髙的致密体,合金的组织和性能有较大的区别。

　　通过热机械处理,可以进一步减少粉末冶金合金的孔隙率,提高致密度,同时可以是合金微观组织结构更均勻,也可以进一步使原始粉末颗粒边界形成冶金结合。

　　2、研究单位：钢铁研究总院，北京航空材料研究院，中国科学院金属研究所，东北大学，北京科技大学等。

K477（K77）镍基铸造高温合金

　　真空感应炉熔炼母合金，真空感应炉重熔，用熔模精密铸造法铸造零件和试样。

　　铸造性能良好，可铸出整体涡轮外环，铸造收缩率约为2%。

高温合金2019年年终汇总

　　根据中国高温合金手册（2012年），我国高温合金共列入牌号194个，其中，等轴铸造镍基合金62个，镍基变形合金43个，铁基变形合金30个，金属间化合物基20个，ODS合金5个，粉末冶金高温合金3个[3]。

　　我国高温合金市场占比最大的是变形高温合金，约为70%，其次是铸造高温合金，约为20%；按基体元素来说，占比最大的是镍基高温合金，约为整个市场的80%，其次是镍-铁基高温合金，约为14%，钴基高温合金约为6%左右。

　　目前，我国的高温合金主要存在的问题和不足包括：冶金缺陷多，如黑斑、白斑、碳化物偏聚等；组织均匀性较差；杂质元素含量高，降低了强度和使用寿命；成本高，再利用率低。

　　为了提高GH4720Li合金铸锭的开坯成材率以及棒材的质量水平，通过大量热模拟压缩试验，获得并建立不同热变形条件下的数学模拟和开裂判据，从而优化锻造工艺参数，包括逐级降温及火次变形量合理分配。

　　相关研究表明，快锻开坯充分破碎铸锭铸态组织后，再辅之以径锻，可以改善棒材表面状态，提高成材率。

　　在张北江等人的研究基础上[5]，构建了GH4706合金的本构关系与显微组织演化规律模型，应用数值模拟技术进行热加工工艺优化，最终实现了超大型GH4706合金涡轮盘锻件的国产化，如图5所示，性能达到了美国GE-B50A651标准的要求。

　　残余应力源自材料制备过程中内部不均匀的塑性变形，本质上是残留在材料内部的晶格畸变。

　　在再结晶温度附近进行的热变形，是难以形成高水平残余应力的；即便在低温锻造或锻后冷却中形成的残余应力通常也可以在后续的高温固溶处理中得以释放。

　　因此，高温合金盘锻件一般在锻造成型后需要在固溶处理后快速冷却，以确保’或”相不发生粗化。

　　图6为不同的残余应力测试技术对应的测试深度和分辨率。

　　对于高温合金盘锻件，需要测试分析距表层10mm甚至更深的内部残余应力，分辨率要求为mm级，因此主要方法包括中子衍射法（neutrondiffraction）、轮廓法（contourmethod）、深孔法（deep-holedrilling）和超声法（ultrasonic）。

　　钢铁研究总院的毕中南等人总结了高温合金涡轮盘锻件内部残余应力的测试方法，阐明了固溶、淬火、时效、零件加工等制备工艺过程中残余应力的演化规律与机制[6]。

　　王庆增、陈国胜、孙文儒等人在对P强化和P、B复合强化机理研究的基础上，发展了GH4169G合金，该合金在保持GH4169合金优异的综合性能的同时，将使用温度提高了30℃，达到680℃；并使650℃下的使用寿命提高了3倍以上；同时焊接和热加工性能与GH4169合金相当，具有广阔的应用前景。

　　在依托铸锻工艺发展高性能涡轮盘材料方面也取得了重要进展，相继研制了GH4065、GH4079和GH4975等高性能变形高温合金涡轮盘材料，特别是GH4065合金的综合性能达到了粉末冶金材料的水平，有望为我国先进航空发动机热端转动部件的选材提供成熟可靠的解决方案。

　　我国开发了氮化物强化高温合金NGH5011，并针对内生弥散氮化物强化合金的氮化工艺流程中涉及的N在表面的吸附溶解、在基体的均匀扩散、反应界面的氮化物析出等关键物理化学过程开展了系统研究工作。

　　此外，采用电渣重熔连续定向凝固冶炼+3D锻造制坯+等温锻造的新型铸锻工艺技术成功制备了变形FGH4096合金涡轮盘。

　　铸造高温合金具有较宽的成分范围，根据使用温度又分为三类：在-253650℃使用的等轴晶铸造高温合金，如K4169；在650950℃使用的等轴晶铸造高温合金，如K419；以及在9501100℃使用的定向凝固柱晶铸造高温合金，如DD402。

　　航空发动机机匣是典型的中低温条件下使用的等轴晶高温合金铸件，结构复杂化、尺寸精确化和薄壁轻量化是发展趋势，从而精密成形和凝固组织的协同控制是急需解决的重大技术难题。

　　采用传统的“经验试错”方法，成本高、周期长、难度大，基于计算材料学、大数据处理、机器学习、高通量试验等手段开展合金成分设计将会成为一大趋势。

　　基于电子空位理论、结合次数和合金元素的d轨道能发展和完善的相计算可以模拟和预测合金中TCP相的析出规律，而如何建立合金成分与高性能之间的量化关系是目前单晶合金设计的关键。

　　傅恒志、介子奇等人研究了K4169高温合金的熔体凝固特性，获得了熔体过热温度对形核过冷度的影响规律，如图7所示，并进一步验证了熔体超温处理可明显细化晶粒尺寸、改善析出相的形貌和分布，有效减轻合金元素偏析，从而改善铸态高温合金的综合力学性能[7]。

　　利用JMatPro、Thermal-calc和Panda软件可以较准确地计算出不同成分的镍基高温合金的初熔温度、合金密度，以及不同平衡态下的相组成及含量，并预测出热处理窗口和糊状区间等，在此基础上，制定合适的热力学判据，筛选出满足要求的合金成分进行试验测试，可以节省合金的开发时间和成本。

　　图8相场模拟得到的950℃、300MPa蠕变条件下’相的演化过程[7]。

　　近年来，我国在金属间化合物基高温合金材料的基础研究与工程应用方面取得了重要的进展，以TiAl、Ti3Al、Ti2AlNb、Ni3Al基合金为代表，在性能和工艺方面进步显著，并研发出一些具有自主知识产权的新型高温结构材料，为我国高性能航空发动机的研制做出了重要的贡献。

　　Nb-Si基合金在凝固工艺和抗氧化涂层的基础研究方面也取得了显著的进展，并逐渐向实用化接近。

　　例如，在Ti-Al系金属间化合物高温合金方面取得的重要进展有：新一代高铌含量TiAl合金成分设计与组织、性能关系研究发现新的规律和机制；二代TiAl合金工程应用取得突破；Ti3Al和Ti2AlNb合金工艺进步显著，应用范围不断扩大[12]。

　　胡壮麒（1929-2016），长期从事高温合金的研制及亚稳态新材料和新工艺的研究，为我国科技和国防事业做出了重要贡献。

　　他先后在发动机一级涡轮叶片K17G铸造镍基合金、抗热腐蚀DZ38G定向凝固镍基高温合金、单晶镍基高温合金非平衡凝固行为等方面都有重大科研成果，并发展了一系列性能优异的新材料，包括高温合金、定向结晶和单晶合金、金属间化合物和亚稳态材料。

　　1985年获得国家科技进步奖一等奖，1986年获得国家科技进步奖二等奖，1995年当选为中国工程院院士，2003年获何梁何利基金科学与技术进步奖，2004年被中国金属学会高温合金学术委员会授予杰出贡献奖。

　　1988年，他创建了中国国内唯一的凝固技术国家重点实验室。

　　1993年，成为中国首批入选由世界著名科学家、教育家组成的国际高校科学院院士。

　　1995年，当选为中国工程院院士，并同年当选俄罗斯宇航科学院外籍院士。

　　2013年，获得第三届中国机械工程学会“中国铸造终身成就奖”。

　　先后获得国家科技进步二等奖1项，国家发明奖3项，国家优秀教学成果二等奖1项，省部级奖12项，发表论文1100余篇，出版专著7本。

　　1994年至今任连铸技术国家工程研究中心主任，2001年4月至今任钢铁研究总院院长，同年当选为中国工程院院士。

　　他长期从事冶金、新材料及现代钢铁流程技术研究，是我国材料、冶金、现代钢铁流程的学术带头人之一。

　　先后获国家科技进步二等奖2项及省部级科技进步一等奖5项，获准专利24项，其中发明专利15项，发表论文140余篇，出版著作3部。

　　[1]师昌绪、钟增墉，我国高温合金的发展与创新[J]，金属学报，2010，45（11）：1281-1288。

　　[3]中国高温合金手册，中国金属学会高温材料分会，中国标准出版社，2012年。

　　[5]张北江、黄烁、张文云、田强、陈石富，变形高温合金盘材及其制备技术研究进展[J]，金属学报，2019，55（9）：1095-1115。

　　[7]张军、介子奇、黄太文、杨文超、刘林、傅恒志，镍基铸造高温合金等轴晶凝固成形技术的研究和进展[J]，金属学报，2019，55（9）：1145-1160。

　　[9]张健、王莉、王栋、谢光、卢玉章、申健、楼琅洪，镍基单晶高温合金的研发进展[J]，金属学报，2019，55（9）：1077-1095。

　　[11]张国庆、张义文、郑亮、彭子超，航空发动机用粉末高温合金及制备技术研究进展[J]，金属学报，2019，55（9）：1133-1145。

那么以上的内容就是关于先进高温合金制备工艺，高温合金行业概况的介绍了，K477（K77）镍基铸造高温合金是小编整理汇总而成，希望能给大家带来帮助。