低膨胀高温合金发展和在航空航天业应用

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1、低膨胀高温合金发展和在航空航天业应用　　摘要：在低膨胀高温合金的发展历程中，因瓦效应以及时效硬化现象的发现是低膨胀高温合金发展与应用的基础。近年来，随着航空航天事业的迅猛发展以及能源危机的日益严重，不仅为低膨胀高温合金在航空航天领域中的应用提供了契机，同时也促进了低膨胀高温合金的应用发展。关键词：低膨胀高温合金；发展；Fe-Ni-Co；性能；因瓦效应；时效硬化；分析中图分类号：D993.4文献标识码：A文章编号：现代低膨胀高温合金发展，是以因瓦效应以及时效硬化的发现为基础的，在上世纪70年代，随着国内航空航天事业的快速发展以及社会

2、经济发展中能源危机的日益严重，逐渐为低膨胀高温合金在航空航天领域中的应用以及发展进步，提供了重要的契机。在低膨胀高温合金的发展历程中，最早出现的商用Fe-Ni-Co系列合金，在通过使用Nb以及Ti进行强化，去除Al并加入Si等一系列成分变化后，对于原有的商用合金材料的应力加速晶界氧化脆性进行明显改善后，使得低膨胀高温合金在航天航空领域中的应用得到大量的突破。后来，为了改善低膨胀高温合金的抗氧化以及裂纹扩展速率等性能，又进行了相关的新合金系研究，形成了以Inconel6783合金为主的Fe-Ni-Co-Al-Cr系合金与以Hayne

3、s242合金为主的Ni-Mo-Cr系合金的研究主流，使得低膨胀高温合金能够在750度的高温环境中仍能够实现完全的抗氧化功能和作用。1、低膨胀高温合金的发展分析与概述1.1低膨胀高温合金的发展基础分析6在现代低膨胀高温合金的发展历程中，低膨胀高温合金的发展是以“因瓦效应”以及“时效硬化”现象的发现为发展基础的。在19世纪90年代后期，法国的一位研究学者发现Fe-Ni合金中的Ni成分含量在合金所有成分含量的36%左右时，合金的热膨胀系数会出现最低值情况，促成了因瓦合金的提出，它为低膨胀高温合金的发展奠定了一定的发展基础。随后，在对于低

4、膨胀高温合金的发展研究中，由于精密仪器仪表行业以及电真空玻璃封装行业的发展需求，低膨胀高温合金以及定膨胀高温合金的的研究发展取得了较为突破性的发展与进步提升，在这一时期也先后出现了Fe-Ni系以及Fe-Ni-Co系、Fe-Ni-Cr系、Fe-Cr系等低膨胀以及定膨胀合金，也就是在低膨胀合金的这一发展过程与阶段时期，时效硬化现象被发现并研究提出，使得现代低膨胀合金发展的两大基础条件全部具备，并使得低膨胀高温合金随着时代的发展随之逐渐的发展起来。在现代低膨胀高温合金发展的两大基础条件中，时效硬化现象的发现提出，不仅使低膨胀高温合金的热

5、稳定性能得到了显著的改善，并且也为低膨胀合金在航空航天中的应用创造了可能性。1.2商用Fe-Ni-Co系低膨胀高温合金的发展在上世纪70年代，航空航天事业的迅速发展以及能源危机的日益加重，最终促成了商用低膨胀高温合金的出现产生。在航空航天领域发展中，应用低膨胀高温合金作为薄壁静子结构部件，比如机匣以及外环，或者是封严环、隔热环等，进行航空航天的生产制造应用，不仅具有生产制造控制部件间隙简单易行，并且能够减少航空航天机械设备的发动机零部件数量，降低发动机的重量以及生产制造成本，提高生产制造飞机的性能。随着商用低膨胀高温合金的出现，上

6、世纪70年代初期，美国某公司推出了第一种商用低膨胀高温合金，主要是以Nb以及Ti、Al时效强化的Fe-Ni-Co基合金，这种低膨胀高温合金具有与Inconel783系合金相近的优良抗拉强度，但是该类型商用低膨胀高温合金的热膨胀系数在Inconel783系合金的热膨胀系数一半左右，能够应用于600度的高温环境中。在70年代中期，人们对于商用低膨胀高温合金进行了工艺以及成分上的研究探索，实现了添加Cr以及Hf、B成分，或者是降低合金中的Al含量来提高合金的应力加速晶界氧化脆性。随后，在80年代初期，对于低膨胀高温合金的发展研究中，又出

7、现了第三代低膨胀高温合金，也就是Incoloy6909/CTX-909系合金，这类低膨胀高温合金在原有合金的基础上提高了对于Si的含量，最终形成该系列低膨胀高温合金，使合金的强度以及韧性、抗应力加速晶界氧化脆性、低膨胀系数等得到了良好改善。1.3抗氧化低膨胀高温合金的发展在上世纪90年代，航空航天制造发展中，为了提高飞机发动机的效率，同时提高飞机发动机部件的工作温度，对于应用于航空航天领域飞机制造生产的低膨胀合金材料，也就提出了抗氧化以及高强度、低膨胀的要求，从而促进了抗氧化低膨胀高温合金的研究发展与应用实现。对于抗氧化低膨胀高温

8、合金的发展研究，主要集中在对于Fe-Co-Ni系合金成分的调整研究以及对于Ni-Mo-Cr系低定膨胀系数合金的研究上，从这两个研究思路出发，在上世纪80年代末90年代初以及90年代中期，分别对于低膨胀高温合金有了新的研究与发展突破，实现了抗氧化性能