铌在高温合金中应用

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1、铌在我国高温合金中应用我国高温合金仿制和研制成功的有100多种，1982年列入高温合金手册的有84个牌号，1989年纳入航空材料手册的有73个牌号，其中60多个合金牌号已进入批量生产，并具有年生产10000吨高温合金的设备能力。现以航空发动机的热端部件燃烧室﹑涡轮盘和涡轮叶片说明我国高温合金体系中含铌钢的形成、发展和应用状况。1、含铌铸造高温合金和国际发展趋势一样，我国在继应用多晶铸造高温合金后，又发展了一系列定向和单晶铸造高温合金含铌合金如表1。DZ22和DZ38G等一系列合金，达到使用温度1000摄氏度的高水平

2、，特别是不含铪的DZ4合金已经投入批量生产。第一代的单晶合金DD3在90年代研制成功，可以达到1020℃的高温并且开始应用。目前也正在进一步开展第二代﹑第三代单晶合金的研制表2。2、铌铁基高温合金单一或组合加入钨﹑钼﹑铌进行固溶强化。以固溶强化为主的铁基高温合金列于表3。主要成分为Fe-Ni-Cr的奥氏体基体，可以溶解较多的固溶强化元素W﹑Mo和Nb,也可溶解一定量的沉淀强化元素Al和Ti,使基体γ获得满意的强度和耐蚀性。其它相均在γ基体上形成，通过对基体的作用表现出对合金性能的影响。各相之间的相互作用也必须通过γ

3、基体才能实现。3、铌镍基高温合金下面仅着重介绍几个具有代表性的独创镍基高温合金。表4。经过7﹑8年艰苦的工作，1964年，511合金在WP-7发动机上作为一级工作叶片通过100小时试车，1965年通过部级鉴定，最终研制成功，正式命名为GH51合金。其成分为：C0.06/0.11，Cr9.5/11.5，Ni基，Co15/16.5，W6.0/7.5，Mo2.5/3.1，Al5.7/6.2，Nb1.95/2.35，B0.012/0.02，Ce0.02，Zr0.03/0.05。950摄22氏度，100小时持久强度达19-2

4、0kg/mm，1000℃，100小时持久强度达11kg/mm。当时是直至目前仍是国内最高性能的高温变形合金，与前苏联的эи220，英美的Nimoic118国际同类型最高牌号合金性能水平相当。尽管由于各种客观和主观的原因该合金没有被启用，但它的合金化原理，真空加电渣双联冶炼工艺，包套轧制工艺，四步模锻工艺，避免脱碳﹑脱硼热处理工艺等都是最先提出且颇有建树的，对后来其它高温合金的研究和试制都具有一定的启迪作用。2按照事先提出的要求，一个屈服强度高于GH33合金8-10kg/mm综合性能优良的涡轮盘材料，经过WP-7发动

5、机地面试车和空中试飞证实完全克服了涡轮盘伸长超差的问题。中国自己研制的新的高温材料，取名为GH33A，其成分C≤0.07，Cr19/22，Ni基，Nb1.15/1.65，Al0.7/1.2，Ti2.5/3.0，B≤0.01，Ce≤0.01。GH33A合金除了屈服强度高以外，疲劳和蠕变性能也都较GH33优越。由于该合金在WP-7上作为一﹑二级涡轮盘和承力环成功地使用，WP-6的一﹑二级盘，WJ-5的一﹑二﹑三级涡轮盘也都全部改用GH33A。K19合金含高钨﹑铌﹑低铬，高铝低钛，固溶强化和时效沉淀强化效应都很高。持久强

6、度比美国最高铸造合金Mar-M246，B-1900，In-100还高。可用作850-1000℃新型燃气涡轮叶片，导向叶片和整体涡轮。其成分为C0.09/0.14，Cr5.5/6.5，Ni基，Co11.0/13.0，W9.5/10.7，Mo1.7/2.3，Al5.2/5.7，Ti1.1/1.5，Nb2.5/3.5，B0.05/0.10，Zr0.03/0.08。537是为代替美国的IN-738合金。西方的地面燃气轮机和舰用动力设备的一级动叶材料大都用含钽的IN-738合金。钽是我国稀缺元素，而铌是我国富有元素，试验发现

7、含1.7/2.2Nb的537合金也具有良好的抗燃气腐蚀性能和很好的高温强度，合金成分为C0.07/0.12，Cr15/16，Ni基，Co9.0/10.0，W4.7/5.2，Mo1.2/1.7，Al2.7/3.2，Ti3.2/3.7，Nb1.7/2.2，B0.01/0.02。适用在800-850℃作大型地面发电燃气轮机动叶材料，经10000多小时使用考验，抗热腐蚀性能和使用质量均达到含钽IN-738合金水平。4、含铌低偏析高温合金从1979年开始深入研究如何减少凝固偏析的问题，着眼点放在合金系统本身。从热力学上分析，

8、合金的凝固偏析程度决定于合金液相线和固相线的相对位置，即凝固温度区间大的合金凝固偏析严重，反之亦然。因此，要减少合金的凝固偏析，一个有效的方法是压缩凝固温度区间。为了准确测定这一区间，我们放弃了传统的热差分析法，而创建了金相探针法来进行这项工作。结果表明，两种方法测得的各种高温合金的初凝固温度是接近的，而终凝温度则相差很大，用热差分析法测得的凝固区间一般在5