高溫合金的發展歷史

發布時間:2020-11-27 瀏覽量:

1、國際發展

從20世紀30年代后期起,英、德、美等國就開始研究高溫合金。第二次世界大戰期間,為了滿足新型航空發動機的需要,高溫合金的研究和使用進入了蓬勃發展時期。40年代初,英國首先在80Ni-20Cr合金中加入少量鋁和鈦,形成γ'相以進行強化,研制成第一種具有較高的高溫強度的鎳基合金。同一時期,美國為了適應活塞式航空發動機用渦輪增壓器發展的需要,開始用Vitallium鈷基合金制作葉片。

此外,美國還研制出Inconel鎳基合金,用以制作噴氣發動機的燃燒室。以后,冶金學家為進一步提高合金的高溫強度,在鎳基合金中加入鎢、鉬、鈷等元素,增加鋁、鈦含量,研制出一系列牌號的合金,如英國的“Nimonic”,美國的“Mar-M”和“IN”等;在鈷基合金中,加入鎳、鎢等元素,發展出多種高溫合金,如X-45、HA-188、FSX-414等。由于鈷資源缺乏,鈷基高溫合金發展受到限制。

40年代,鐵基高溫合金也得到了發展,50年代出現A-286和Incoloy901等牌號,但因高溫穩定性較差,從60年代以來發展較慢。蘇聯于1950年前后開始生產“ЭИ”牌號的鎳基高溫合金,后來生產“ЭП”系列變形高溫合金和ЖС系列鑄造高溫合金。70年代美國還采用新的生產工藝制造出定向結晶葉片和粉末冶金渦輪盤,研制出單晶葉片等高溫合金部件,以適應航空發動機渦輪進口溫度不斷提高的需要。

發展至今,國際市場每年高溫金屬合金消費量在30萬噸,廣泛應用于各個領域:過去多年,全球航天業對新能源飛機需求旺盛,空客與波音已有超萬架此類飛機等待交付。而精密機件公司是全球高溫合金復雜金屬零部件和產品制造的龍頭企業,也為航空航天、化學加工、石油和天然氣的冶煉以及污染的防治等行業提供所需的鎳鈷等高溫合金。精密機件公司就是波音、空客、勞斯萊斯、龐巴迪等軍工航天企業的指定零配件制造商 [1]  。

2、國內發展

自1956年第一爐高溫合金GH3030試煉成功,迄今為止,我國高溫合金的研究、生產和應用已歷經60年的發展歷程。60年的高溫合金發展可以分為三個階段。

第一個階段:從1956年至20世紀70年代初是我國高溫合金的創業和起始階段。本階段主要是仿制前蘇聯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動機,提高高溫合金生產工藝技術和產品質量控制。

第三階段:從20世紀90年代中至今,是我國高溫合金的全新發展階段。本階段主要是應用和開發了一批新工藝,研制和生產了一系列高性能、高檔次的新合金。

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、中國科學院金屬研究所、北京科技大學、東北大學、西北工業大學等,主要生產企業有:中航工業、鋼研高納、煉石有色、撫順特鋼、高鋼特鋼和第二重型機械集團萬航模鍛廠(二重)等。在此基礎上,我國已具備了高溫合金新材料、新工藝自主研發和研究的能力。

雖然高溫金屬合金材料在我國已發展近60年,但行業發展仍處于成長期。由于高溫金屬合金材料領域具有較高技術含量,該行業企業擁有較深護城河。我國高溫金屬合金每年需求量在2萬噸以上,國內年生產量在1萬噸左右,市場容量超過80億元,其中進口占比較大。未來20年我國各類軍機采購需求在2800架左右,民用飛機采購數量在5400架左右,對應的高溫合金需求在1500億以上,再加上500億的燃氣輪機需求,僅高溫合金空間一項就有2000億的市場空間即將打開。

我國生產能力與需求相比存在兩個缺口:

(1)生產能力不足。我國高溫合金生產企業數量有限,生產能力與需求之間存在較大缺口,在燃氣輪機、核電等領域的高溫合金主要還依賴進口。

(2)高端產品難以滿足應用需求。我國的高溫合金生產水平與美國、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動機,高溫合金材料在供應上存在無法滿足應用需求的現象 。

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