镍基单晶高温合金研究进展

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1、鎳基单晶高温合金研究进展银基单晶高温合金研究进展孙晓峰金涛周亦胄胡壮麒屮国科学院金属研究所沈阳110016摘要单晶高温合金具有高高温强度良好的抗氧化和抗热腐蚀性能优界的蠕变与疲劳抗力良好的组织稳定性和使用可靠性广泛应用于涡轮发动机等先进动力推进系统部件Singlecrystalsupcralloyshavebeenwidelyusedtomaketurbinebladesandguidevanesforaero-enginesandindustrialgasturbinesbecauseofimprovedstrengthcreep-rupturefeitigu

2、eoxidationandhotcorrosionpropertiesaswellasstablemicrostructureandreliabilityathightemperatureenvironmentsAfterremovalofgrainboundarybyusingdirectionalsolidificationtechniquegrainboundarye1ementswhichdecreasetheincipientmeltingtemperaturewerereducedremarkablyinsinglecrystalsuperalloy

3、sConscqucntlythesolutionemdagingtrcatmcntofsinglecrystaisuperalloyscanbedoneathighertemperatureduetotheenhancedincipientmeltingtemperatureemdthenthehightemperaturestrengthofsinglecrystalsuperalloysishigherthanthatofequiaxedanddirectionallysolidifiedsuperalloysThereweregreatprogresson

4、approachofalloydesignrelationshipbetweenstrueturcandmechanicalperformancesprocessofpuresmeltingandprocessingofdirectionalsolidificationinthelastdecadesThepresentworkreviewstheseprogressfromcompositionsofalloysroleofelementsmechanismofstrengtheninganisotropyofmechanicalpropertiesproce

5、dureofsolidificationcontrolofdefectsandprocessingofsinglecrystalsuperalloysKeywordssinglecrystaisuperalloymechanismofstrengtheningdirectionalsolidificationanisotropyofproperties基金项目国家973计划项目2010CB631206通讯作者孙晓峰男1964年生研究员博士生导师1引言高温合金Superalloy是以铁操钻为基在600°C以上高温环境服役能承受苛刻的机械应力高温合金具有高的室温和高

6、温强度良好的抗氧化和抗热腐蚀性能优异的蠕变与疲劳抗力良好的组织稳定性和使用可靠性广泛应用于涡轮发动机等先进动力推进系统热端部件高温合金研究的不断不仅推动了航空航天发动机等国防尖端技术进步而且促进了交通运输能源动力石油化工核工业等国民经济相关产业的技术发展80年代开始PWA1480CMSX-2CMSX-3SRR99等第一代单晶高温合金出现以來单晶高温合金的研究取得了突破性进展随着合金设计理论水平的提高和铸造工艺技术的进步以及Re元素的添加相继岀现了以PWA1484CMSX-4ReneN5等为代表耐温能力比第一代单晶高温合金高约30°C的第二代单晶高温合金［1-3］

7、和以CMSX-10ReneN6等为代表耐温能力比第一代高约60°C的第三代单品高温合金［4-6］近年来通过添加RuPtlr等元素又发展出以MC-NGTMS-138TMS-162等为代表的第四代和第五代单晶高温合金［7-9］由于Re和Ru元素稀缺的储量和昂贵的价格使得先进单晶合金的成本成倍地增加制约了这些合金的推广应用单晶高温合金当前的发展重点之一是研发低成木合金通过优化合金成分降低Re和Ru的含量在保证性能的前提下尽可能降低合金成本法国ONERA发展的无Re合金MC2已经达到了第二代单晶高温合金的性能水平［10］近来美国的GEC-M公司以及NASA在发展低成本合

8、金方而也取得了重要进展［