我國(guó)獨(dú)創(chuàng)和獨(dú)具特色的幾種高溫合金的組織和性能

郭建亭，周蘭章，袁 超，侯介山，秦學(xué)智

(中國(guó)科學(xué)院 金屬研究所，沈陽(yáng) 110016)

我國(guó)獨(dú)創(chuàng)和獨(dú)具特色的幾種高溫合金的組織和性能

郭建亭，周蘭章，袁 超，侯介山，秦學(xué)智

(中國(guó)科學(xué)院 金屬研究所，沈陽(yáng) 110016)

綜述了中國(guó)科學(xué)院金屬研究所高溫合金和金屬間化合物研究組50年來在高溫合金材料方面的研究成果，重點(diǎn)介紹了9種我國(guó)獨(dú)創(chuàng)和獨(dú)具特色的高溫合金，包括其成分和組織特點(diǎn)，力學(xué)性能、化學(xué)性能和物理性能，以及他們的冷、熱加工性能和應(yīng)用特點(diǎn)。

高溫合金；渦輪盤用高溫合金GH2135；渦輪環(huán)件用高溫合金GH2035A；渦輪葉片用高溫合金DZ417G；過熱器管材用高溫合金GH2984；抗熱腐蝕高溫合金；K444；K435；K452；K446；GH4413

高溫合金具有良好的高溫強(qiáng)度和抗氧化抗腐蝕性能、優(yōu)異的抗疲勞和抗蠕變性能、以及甚佳的斷裂性能和組織穩(wěn)定性，是現(xiàn)代國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可替代的關(guān)鍵材料[1]。高溫合金的發(fā)展與航空發(fā)動(dòng)機(jī)和各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展密切相關(guān)，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的重要保證，而航空發(fā)動(dòng)機(jī)及工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展是高溫合金發(fā)展的動(dòng)力。先進(jìn)高溫合金材料和工藝的研制屬高技術(shù)領(lǐng)域。高溫合金的發(fā)展水平是一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平高低的標(biāo)志之一，也是一個(gè)國(guó)家國(guó)防力量強(qiáng)弱的標(biāo)志之一。世界各先進(jìn)國(guó)家都非常重視高溫合金的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用，并投入了大量的人力和物力。

我國(guó)從1956年開始研制和生產(chǎn)高溫合金。50多年來，我國(guó)高溫合金從無到有，從仿制到創(chuàng)新，已先后研制和生產(chǎn)了近200個(gè)牌號(hào)，形成了具有中國(guó)特色的完整的高溫合金體系，保證了我國(guó)航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)所需高溫合金材料完全立足于國(guó)內(nèi)。

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所高溫合金和金屬間化合物研究組從1962年開始研究高溫合金，至今已有50年歷史，先后研制成功或正在研究的有鐵基變形高溫合金GH2135、GH2035A、GH2984、GH2328、GH2901、GH2761、GH2107；鎳基變形高溫合金GH4413；無縫管材合金 GH3044；大尺寸渦輪盤合金 GH4698和GH4742；鎳基鑄造合金K4169、K435、K446、K452、K447、K445；鈷基高溫合金K640S；BC合金K444；定向凝固高溫合金DZ417G、DZ483、DZ444G；單晶高溫合金 DD444、DD417G、DD483；低膨脹高溫合金GH2903等20多個(gè)牌號(hào)，其中約有一半是與兄弟組或其它單位共同完成的。下面重點(diǎn)介紹幾種我國(guó)獨(dú)創(chuàng)和獨(dú)具特色的高溫合金。

1 渦輪盤用鐵基高溫合金GH2135

GH2135合金是中國(guó)科學(xué)院金屬研究所于1958年在師昌緒先生指導(dǎo)下研制的鐵基變形合金，用以代替當(dāng)時(shí)大量使用的鎳基合金 GH4033。初期由于中心縮孔等冶金缺陷，在撫順鋼廠鍛造時(shí)不能成材，而且由于追求持久強(qiáng)度，選擇的固溶處理溫度高達(dá)1 220 ℃，處理后的試棒表面由于氧化皮太厚而暫停研究。在終止研究幾年后，1962年本研究組重新開始研制，從合金的成分范圍、最佳成分控制、熱處理制度、組織結(jié)構(gòu)到全面力學(xué)性能測(cè)試等，都進(jìn)行了較為深入的研究。GH2135合金的綜合性能達(dá)到或超過了GH4033合金。1964年開始到撫順鋼廠進(jìn)行工業(yè)試生產(chǎn)，并與撫鋼合作開展工程化研究，取得了大量數(shù)據(jù)。在國(guó)內(nèi)外公開發(fā)表論文數(shù)十篇，并出版GH2135鐵基高溫合金匯編一本[2]。自1967年GH2135合金正式列入“冶標(biāo)”開始轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)，至1974年，撫鋼、上鋼五廠、大冶鋼廠，齊齊哈爾鋼廠等冶金廠生產(chǎn)量達(dá) 1 000多 t。GH2135合金主要用作渦輪盤材料，也曾經(jīng)用來制作渦輪葉片和燃?xì)廨啓C(jī)的火焰筒等不同結(jié)構(gòu)件。

1.1 合金的化學(xué)成分特點(diǎn)

GH2135合金的化學(xué)成分，與GH4033合金相比，最大特點(diǎn)是節(jié)省大量的鎳和少量的鉻。從表1可以看出，GH2135可節(jié)省41%的鎳和5.5%的鉻。這在當(dāng)時(shí)中國(guó)缺乏鎳和鉻資源的情況下，特別是西方資本主義國(guó)家對(duì)我國(guó)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)封鎖的形勢(shì)下，不僅具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義，而且有著不可估量的政治意義。

與GH4033合金相比，GH2135合金還利用了4%左右的難熔金屬元素 W＋Mo進(jìn)行固溶強(qiáng)化，而GH4033則沒有采用難熔金屬固溶強(qiáng)化。同時(shí)，GH2135合金加入了約5%的Al+Ti進(jìn)行沉淀強(qiáng)化，而GH4033合金僅加入了3.4%左右的Al+Ti形成γ′強(qiáng)化，前者γ′相的含量為 12%~16%[3]，而后者 γ′相的含量則只有7.3%~9.1%[4]。

1.2 合金的顯微組織特點(diǎn)

GH2135合金金相組織的最大特點(diǎn)是沿晶分布的鏈狀碳化物不是 M23C6，而是二次 TiC。通常認(rèn)為含有 2%W 和 2%Mo的鐵基或鎳基高溫合金，應(yīng)該有M23C6相沿晶界析出。但電解萃取相的X射線分析沒有發(fā)現(xiàn) M23C6，甚至將萃取相進(jìn)行相分離，只保留碳化物和硼化物相，X射線結(jié)構(gòu)分析仍然只發(fā)現(xiàn)TiC。GH2135合金低溫沿晶斷口的萃取復(fù)型證明，晶界上的顆粒相主要是 830℃第一次時(shí)效處理時(shí)析出的二次TiC，有時(shí)也發(fā)現(xiàn)有少量顆粒狀M3B2相在晶界存在。

1.3 合金的力學(xué)性能特點(diǎn)

GH2135合金的綜合力學(xué)性能已達(dá)到GH4033合金水平。但與GH4033合金比較，GH2135合金有如下兩個(gè)重要的特點(diǎn)。

1.3.1 良好的低周疲勞性能

在同樣的試驗(yàn)條件下，GH2135合金的周期持久性能和有疲勞載荷下的持久時(shí)間都明顯優(yōu)于鎳基合金GH4033的，相應(yīng)數(shù)據(jù)要高出1~10倍。其他低周疲勞性能，如恒應(yīng)力控制的缺口試樣的低周疲勞也都顯示出明顯的優(yōu)越性[2]。

在650 ℃、600 MPa條件下測(cè)試GH2135合金和GH4033合金的周期持久性能，結(jié)果見表2[2]。由表2可見，GH2135合金的周期持久循環(huán)斷裂次數(shù)為GH4033合金的1.6~9.5倍，持久時(shí)間約為GH4033合金的2倍。在疲勞負(fù)荷下GH2135合金和GH4033合金的持久斷裂時(shí)間見表3[2]。由表3可見，在有交變應(yīng)力作用的同樣試驗(yàn)條件下，GH2135合金的持久斷裂時(shí)間為 GH4033合金的 2~5倍，純持久斷裂時(shí)間為GH4033合金的2倍。很顯然，GH2135合金的低周疲勞性能明顯優(yōu)于GH4033合金的。

表1 GH2135合金和GH4033合金的主要化學(xué)成分Table 1 Chemical compositions of GH2135 and GH4033 alloys (mass fraction, %)

表2 GH2135和GH4033合金的周期持久性能[2]Table 2 Cyclic rupture properties of GH2135 and GH4033 alloys[2]

表3 在不同疲勞負(fù)荷下兩種合金的持久斷裂時(shí)間1)[2]Table 3 Rupture time of two alloys under fatigue load[2]

此外，還應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)，GH2135合金在渦輪盤工作的溫度和應(yīng)力情況下，蠕變?疲勞交互作用系數(shù)B=0，而GH4033合金的則為4。蠕變?疲勞交互作用通?？杀硎緸?/p>

交互作用系數(shù)B＝0，說明蠕變損傷與疲勞損傷沒有交互作用，而B＝4，說明兩者之間有明顯交互作用，使損傷更嚴(yán)重。盡管GH2135合金和GH4033合金處于同一條件，由于蠕變?低周疲勞交互作用而使GH4033合金的使用壽命顯著下降，其總周期數(shù)和總壽命都只有 GH2135合金的 40%[5]。這更加顯示了GH2135合金在低周疲勞方面的優(yōu)越性。

1.3.2 屈服強(qiáng)度隨溫度的反常變化

高溫合金的屈服強(qiáng)度一般隨溫度升高而不斷明顯降低，而GH2135合金的屈服強(qiáng)度隨溫度升高不但不降低，反而有所增加，直到750 ℃才開始緩慢降低。這是GH2135合金力學(xué)性能的又一特點(diǎn)，結(jié)果如表4所列。因此，采用GH2135合金制作在750 ℃溫度以下使用的渦輪盤、導(dǎo)流盤和其他高溫零部件是非常有利的。此外，用GH2135合金制作熱作模具優(yōu)越性更大。因?yàn)闊嶙髂＞?，包括鍛錘砧子等，在工作過程中溫度愈來愈高，一般模具材料會(huì)因其屈服強(qiáng)度嚴(yán)重下降而出現(xiàn)凹陷；而GH2135合金與此相反，工作溫度越高，屈服強(qiáng)度反常增加，不會(huì)出現(xiàn)一般模具材料所產(chǎn)生的嚴(yán)重變形現(xiàn)象。

表4 GH2135合金的屈服強(qiáng)度隨溫度的變化Table 4 Change of yield strength with temperature for GH2135 alloy

1.4 合金的應(yīng)用特點(diǎn)

由于GH2135合金的綜合性能良好，疲勞性能優(yōu)異，特別適于制作航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤。20世紀(jì)70年代，曾大量制作WP-6和WP-6甲發(fā)動(dòng)機(jī)一、二級(jí)渦輪盤，裝備1 000多架殲擊機(jī)和強(qiáng)擊機(jī)在外場(chǎng)正式投入使用，其中還有 300多架飛機(jī)援外[6]。在那個(gè)年代這是一種值得稱贊的奇跡。

GH2135合金是我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的第一個(gè)渦輪盤鐵基高溫合金，它是我國(guó)自行研制的鐵基沉淀強(qiáng)化高溫合金中使用最早、使用量最大、使用品種最多、研究工作最深入的一種合金，在我國(guó)高溫合金的發(fā)展史上占有非常重要的一頁(yè)。它對(duì)推動(dòng)我國(guó)高溫合金的發(fā)展，特別是鐵基高溫合金的發(fā)展起了不可磨滅的作用。它的研制成功為我國(guó)高溫合金人材培養(yǎng)也起了非常重要的作用。GH2135合金的研制于1978年獲得全國(guó)科學(xué)大會(huì)重大科研成果獎(jiǎng)。

2 環(huán)形件用鐵基高溫合金GH2035A

WJ5系列航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪內(nèi)、外環(huán)等 11種零件原采用GH1035鐵基合金，在合金生產(chǎn)過程中存在強(qiáng)度低、塑性差和鍛造裂紋多這3大技術(shù)難題，使成品率極低，造成重大浪費(fèi)。本研究組通過成分調(diào)整、熱處理制度改進(jìn)等研究工作，在GH1035合金成分基礎(chǔ)上開發(fā)出一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利合金GH2035A。該合金除保留原合金的優(yōu)點(diǎn)外，其綜合性能大幅度提高，長(zhǎng)期性能更加穩(wěn)定，同時(shí)，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，熱加工性能優(yōu)異，成形性良好，可以生產(chǎn)鍛材、棒材、板材和管材等[7]。幾年來，生產(chǎn)量已超過100 t，成材率達(dá)80%以上，性能合格率達(dá)100%。

表5 GH2035A和GH1035合金化學(xué)成分比較Table 5 Chemical compositions of GH2035 and GH1035 alloys (mass fraction, %)

圖1 Al, Ti和Nb含量對(duì)GH35A合金拉伸及持久性能的影響[7]Fig.1 Effect of content of Al, Ti and Nb on tensile and stress-rupture properties of alloy GH35A[7]

2.1 合金的化學(xué)成分特點(diǎn)

GH2035A合金和 GH1035合金的化學(xué)成分見表5。由表5可見，GH2035A合金的化學(xué)成分有以下特點(diǎn)：Al和Ce在GH1035合金中是雜質(zhì)元素，愈低愈好，一般都不有意加入，而在 GH2035A合金中是作為合金元素必須加入的，而且Al還必須在成分范圍內(nèi)才合格；GH2035A合金中加入了微量 B元素，與GH1035合金不加B成為鮮明對(duì)照；GH2035A合金中確定了只加Ti而不加Nb，還允許加入微量Mg元素。本研究組的研究結(jié)果為 GH2035A的成分確定提供了充分而可靠的依據(jù)。

選用Fe-37Ni-22Cr-3W為基礎(chǔ)成分，用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)地研究了Al、Ti、Nb、C、B和RE等元素對(duì) GH2035A合金的性能和組織的影響，其中對(duì)室溫拉伸性能和700 ℃、235 MPa條件下持久性能的影響如圖1和圖2所示[7]。有關(guān)分析結(jié)果表明[8?9]：1) Al應(yīng)作為合金元素加入。合金中加入 0.25%Al，抗張強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度可分別增加250和150 MPa，而達(dá)到900和 450 MPa以上，伸長(zhǎng)率和面縮率分別高于 30%和50%，持久壽命由幾小時(shí)延長(zhǎng)至150 h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過技術(shù)指標(biāo)要求，而不加Al或其含量低于0.25%時(shí)，則合金性能達(dá)不到技術(shù)條件的要求；加Al不僅因?yàn)樵黾恿甩谩鋽?shù)量而顯著提高合金的瞬時(shí)強(qiáng)度和持久強(qiáng)度，而且使γ′相的組成由 Ni3Ti轉(zhuǎn)變?yōu)?Ni3(Al,Ti)，大大提高了合金的穩(wěn)定性；2) 選用Ti而不用Nb作為強(qiáng)化元素。這是因?yàn)門i的強(qiáng)化效果比Nb更顯著，當(dāng)Nb含量較低時(shí)強(qiáng)化不明顯，要使強(qiáng)度達(dá)到技術(shù)條件要求，Nb含量必須高于1.2%，而Ti含量?jī)H需0.8%，同時(shí)Nb在合金中的偏析程度高于Ti的，含1.6%Nb時(shí)，不僅形成大塊NbC，而且合金中還形成μ相；3) 合金中加入微量B。合金中含0.005%B時(shí)，持久壽命即由不含B的130 h提高到500 h，B含量增加到0.01%時(shí)，壽命增加到700 h；加B不僅使晶界M23C6相細(xì)塊化，且生成顆粒狀 M3B2相，明顯強(qiáng)化了晶界，持久斷裂由典型的沿晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌闲?，因此使合金的持久壽命和持久塑性大幅度提高?) 加入0.05%稀土元素，可獲得最佳拉伸性能和持久性能。采取上述4項(xiàng)改善措施后，GH2035A合金的高溫拉伸性能顯著提高，結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，GH2035A合金與GH1035合金在900 ℃的拉伸性能比較時(shí)，兩者的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度相當(dāng)，而前者的拉伸伸長(zhǎng)率為 101%，后者的為60%~65%。從圖3還可看出，溫度更高，GH2035A合金的高溫塑性更好。這說明 GH2035A合金熱加工性能更好，不易出現(xiàn)鍛造裂紋。因此，GH2035A合金的綜合性能要明顯優(yōu)于GH1035合金的，全部解決了GH1035合金存在的3大技術(shù)難題。1990年GH2035A合金獲得了中國(guó)發(fā)明專利證書(ZL90110284.9)[10]。

圖2 B和RE含量對(duì)GH35A合金拉伸及持久性能的影響[7]Fig.2 Effect of content of B and RE on tensile and stressrupture properties of alloy GH35A[7]

圖3 GH2035A合金的瞬時(shí)性能[7]Fig.3 Instantaneous tensile properties of alloy GH2035A[7]

2.2 在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用

GH2035A合金制作的Ⅰ級(jí)渦輪內(nèi)環(huán)、外環(huán)、止動(dòng)環(huán)、支承環(huán)和Ⅱ級(jí)分瓣渦輪外環(huán)等6種零件，從1987年開始，正式裝用于WJ5Al發(fā)動(dòng)機(jī)，至1991年4月已出廠208臺(tái)，裝于運(yùn)七飛機(jī)，在全國(guó)15個(gè)機(jī)場(chǎng)投入飛行。總飛行時(shí)間已超過20×104h，單臺(tái)最長(zhǎng)飛行時(shí)間3 099 h，無任何故障。

此外，該合金還用于制作5種WJ5、WJ5A發(fā)動(dòng)機(jī)零件和4種TB2-117A發(fā)動(dòng)機(jī)零件投入使用。

GH2035A合金不僅解決了WJ5系列發(fā)動(dòng)機(jī)急需的重要高溫材料，使該系列發(fā)動(dòng)機(jī)的正常生產(chǎn)及WJ5AI發(fā)動(dòng)機(jī)的延壽工作得以進(jìn)行，而且它填補(bǔ)了我國(guó)高塑性鍛材的空白，具有優(yōu)異的熱加工性能和抗氧化性能，在其它發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)中也可推廣應(yīng)用。

“WJ5AI發(fā)動(dòng)機(jī)用GH2035A合金”在1990年獲中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，1991年獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)。

3 渦輪葉片用DZ417G合金

定向凝固鎳基柱晶高溫合金DZ417G是我國(guó)先進(jìn)的第三代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓一、二級(jí)渦輪葉片材料，從1993年項(xiàng)目論證，1994年國(guó)家計(jì)委正式立項(xiàng)，至2005年年底通過技術(shù)鑒定，前后13年，本研究組進(jìn)行了系統(tǒng)研究，全面完成了研制任務(wù)。

DZ417G合金是在K417G合金基礎(chǔ)上研發(fā)成功的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利合金[11]。與 K417G 合金相比，DZ417G合金具有獨(dú)到特點(diǎn)，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有以下方面。

3.1 化學(xué)成分中不加Zr而控制P含量

3.1.1 不加對(duì)熱裂有害的Zr元素

表6所列為DZ417G合金和K417G合金的化學(xué)成分。從表6可見，DZ417G合金的化學(xué)成分最大特點(diǎn)是去掉了約0.7%Zr。本研究組的工作表明[12]，去掉了Zr對(duì)DZ417G合金的室溫和900 ℃拉伸性能以及760℃和980 ℃持久性能沒有明顯影響。由于元素Zr強(qiáng)烈偏析于晶界，使凝固溫度區(qū)間增大，促進(jìn)晶界疏松形成，有利于縱向熱裂紋形成，因此去掉Zr元素可顯著抑制定向凝固過程中的熱裂傾向，相應(yīng)地，定向凝固工藝制備渦輪葉片的合格率大為提高。

3.1.2 利用P的有益作用

高溫合金，特別是鑄造高溫合金，通常都把P看作是有害雜質(zhì)，希望P含量愈低愈好，中科院金屬研究所研制成功的低偏析高溫合金就是一個(gè)典型的實(shí)例。本研究組研究了P含量對(duì)DZ417G合金力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，P含量對(duì)DZ417G合金持久性能影響最明顯(見圖4[1])。P含量為0.003%~0.015%時(shí)，DZ417G合金持久時(shí)間達(dá)到峰值，相應(yīng)持久塑性也很好。相關(guān)技術(shù)條件規(guī)定P含量≤0.005%，而根據(jù)幾十爐DZ417G母合金的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，工業(yè)生產(chǎn)的母合金的P含量都在0.003%~0.005%范圍，因此，沒有必要把P含量降到0.0005%以下，控制P含量在一個(gè)合適的低水平范圍即可。

DZ417G合金的S和Fe等有害元素都較K417G合金的低，有利于提高力學(xué)性能。

表6 DZ417G和K417G合金化學(xué)成分Table 6 Chemical compositions of DZ417G and K417 alloys (mass fraction, %)

圖4 P含量對(duì)合金持久性能的影響[1]Fig.4 Effect of P content on rapture properties[1]: (a) 760 ℃,725 MPa; (b) 980 ℃, 216 MPa

圖5 固溶處理溫度對(duì)γ′相體積分?jǐn)?shù)和尺寸的影響(a)以及γ′相體積分?jǐn)?shù)對(duì)持久時(shí)間的影響(b)[13]Fig.5 Effect of solid solution temperature on volume fraction and size of γ′ phase(a) and effect of γ′ phase volume fraction on rupture properties(b)[13]

3.2 采用最佳熱處理制度提高細(xì)小γ′相數(shù)量

通過系統(tǒng)研究，采用的最佳熱處理制度為(1 220℃, 2 h, AC)+(980 ℃, 16 h, AC)。對(duì)于DZ417G合金，固溶處理溫度愈高，細(xì)小 γ′相數(shù)量愈多，因而持久時(shí)間愈長(zhǎng)，見圖5[11]，但固溶處理溫度高達(dá)1 240 ℃，明顯降低拉伸塑性，所以選定固溶處理溫度為 1 220℃。時(shí)效處理溫度選定為980 ℃，是因?yàn)樵摐囟葧r(shí)效處理持久時(shí)間最長(zhǎng)，見表7[11]，而K417合金則不需要熱處理，在鑄態(tài)下直接使用。

表7 時(shí)效溫度對(duì)DZ417G合金在760 ℃和725 MPa下持久性能的影響[13]Table 7 Effect of aging temperature on rupture properties of DZ417G at 760 ℃ and 725 MPa[13]

3.3 采用定向凝固工藝制成定向柱晶組織改善力學(xué)性能

定向凝固柱晶高溫合金組織的最大特點(diǎn)是晶粒沿主應(yīng)力方向呈柱狀晶排列，柱晶取向通常為??001，并且消除了橫向晶界。工業(yè)生產(chǎn)中柱晶取向與主應(yīng)力方向之間有一定偏差，通?？刂圃?0°~15°以內(nèi)。

等軸晶高溫合金(包括變形和鑄造高溫合金)在高溫應(yīng)力狀態(tài)，晶界成為薄弱環(huán)節(jié)，而那些與主應(yīng)力軸垂直的橫向晶界，受到的正向拉應(yīng)力最大，因而成為裂紋的形核與擴(kuò)展的有利位置。定向凝固柱晶高溫合金消除了橫向晶界，對(duì)于合金力學(xué)性能的改善是十分有利的。DZ417G合金制成定向柱晶合金后力學(xué)性能明顯提高。

3.3.1 蠕變斷裂性能的提高

DZ417G定向凝固柱晶高溫合金由于消除了薄弱的橫向晶界，只有平行于主應(yīng)軸的縱向晶界，因而推遲了蠕變裂紋的形核與擴(kuò)展，使蠕變斷裂時(shí)間(持久時(shí)間)明顯延長(zhǎng)；同時(shí)，使第三階段蠕變應(yīng)變明顯增加，因而使蠕變斷裂塑性(持久塑性)明顯改善。例如在900 ℃，300 MPa條件下，定向柱晶合金的持久時(shí)間比同一成分的等軸晶合金的高出1倍，而其持久塑性則高出2倍，如表8所列[1]。

表8 DZ417G合金的持久性能與同成分等軸晶合金的比較[1]Table 8 Comparison of rupture properties of DZ417G with columnar crystalline and conventional cast alloy with same composition[1]

3.3.2 抗冷熱疲勞性能的改善

對(duì)于定向凝固DZ417G合金，??001取向的縱向彈性模量E值為134 GPa，橫向彈性模量E值為155 GPa，而同成分等軸晶合金為201 GPa。在1 000 ℃保溫100 s，在25 ℃水中冷卻35 s條件下，經(jīng)338次循環(huán)后，DZ417G合金橫向試樣(其缺口方向?yàn)??001)和縱向試樣(缺口方向?yàn)榉??001)的裂紋長(zhǎng)度。結(jié)果表明，橫向試樣裂紋長(zhǎng)度為1.0 mm，而縱向試樣裂紋長(zhǎng)度達(dá)3.3 mm。也就是說，橫向試樣的熱疲勞裂紋長(zhǎng)度僅為縱向試樣的三分之一，具有最低彈性模量的??001取向的橫向試樣的抗冷熱疲勞性能最好[14]。這是因?yàn)槔錈崞谛阅艿暮脡娜Q于材料環(huán)境溫度變化ΔΤ的大小。而環(huán)境溫度的變化必然在材料內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)力Δσ，Δσ可以由下式估算：

式中： 為線膨脹系數(shù)，E為彈性模量?？梢娫?和ΔT相同或相近的情況下，E值越小，其熱應(yīng)力的變化Δσ也越小，因而材料的冷熱疲勞壽命越長(zhǎng)，抗冷熱疲勞性能越好。

定向凝固柱晶高溫合金，晶粒的??001取向平行于主應(yīng)力方向。而??001取向的彈性模量與其他方向比較是最低的，而且比等軸晶材料要低30%~35%，也就是在同樣熱循環(huán)中所承受的Δσ也比等軸晶材料所承受的Δσ低30%~35%，這樣就延長(zhǎng)了熱疲勞壽命。

3.4 DZ417G合金的特點(diǎn)與應(yīng)用

DZ417G合金的特點(diǎn)如下。

1) DZ417G合金成分簡(jiǎn)單，不含稀缺貴重金屬元素，因而該合金密度小、成本低。

2) DZ417G合金從室溫至高溫瞬時(shí)拉伸性能良好，無缺口敏感性，橫向性能優(yōu)異，其中最突出的優(yōu)點(diǎn)是室溫至高溫的拉伸塑性優(yōu)異，且室溫沖擊韌性高。DZ417G合金的拉伸性能明顯優(yōu)于 DZ404和 DZ422合金的[15]。

3) DZ417G合金的持久強(qiáng)度滿足先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。DZ417G合金的持久強(qiáng)度與國(guó)外第二代柱晶合金DS CM247LC和國(guó)內(nèi)DZ404合金處于同一水平，比強(qiáng)度與DZ422的相同，且持久塑性明顯高于DZ404合金的[15]。

4) DZ417G合金的室溫與高溫疲勞性能良好，與DZ422和DZ4125合金處于同一水平，但高于DZ404合金。DZ417G合金的冷熱疲勞性能優(yōu)于DZ404合金的[15]。

5) 高溫長(zhǎng)期時(shí)效后，DZ417G合金的組織和力學(xué)性能穩(wěn)定，合金中γ′相質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持在60%，力學(xué)性能滿足要求[15]。

6) DZ417G合金的高溫抗氧化性能滿足要求，抗熱腐蝕性優(yōu)于DZ404合金的。

7) DZ417G合金綜合性能優(yōu)異，已用作先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓一、二級(jí)渦輪葉片等零件，投入批量生產(chǎn)[14]。

DZ417G合金及其它3種高溫合金以“先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)高低壓渦輪6種葉片用4種高溫合金及工藝研究”項(xiàng)目于 2008年獲中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，并被推薦評(píng)審為國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

4 過熱器管材用鐵基高溫合金GH2984

本研究組[16?17]于20世紀(jì)60年代末開始研制一種適合我國(guó)高參數(shù)艦船主鍋爐過熱器管長(zhǎng)期使用的新型鐵基高溫合金GH2984。至20世紀(jì)70年代研制成功并生產(chǎn)用于新型主鍋爐過熱器管材，裝載艦船并經(jīng)十年海上實(shí)際使用考核。全面檢查表明，GH2984合金管完好無損，還可繼續(xù)使用[16]。GH2984合金是過熱器管的主要用材，其主要性能與美國(guó)特殊金屬公司2003年正式公布的鎳基合金Inconel 740合金處于同一水平，而價(jià)格要便宜得多，這也為我國(guó)高參數(shù)超超臨界機(jī)組早已作好了過熱器和再熱器材料的技術(shù)儲(chǔ)備。GH2984合金的主要特點(diǎn)有如下幾方面[16]。

4.1 GH2984合金的化學(xué)成分特點(diǎn)

與國(guó)外類似高蒸汽參數(shù)過熱器管材合金比較，GH2984合金中不含Co，而Inconel 740、Inconel 617和 Nimonic 263等合金都含有 12%~21%Co。而且GH2984合金含F(xiàn)e達(dá)32%~34%，相應(yīng)Ni含量減少，其他合金中Fe均為雜質(zhì)元素，如表9所列。GH2984合金的成分特點(diǎn)將帶來十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 GH2984合金優(yōu)異的力學(xué)性能

GH2984合金的室溫至高溫拉伸強(qiáng)度以及 650~750 ℃持久強(qiáng)度非常良好，其室溫和700 ℃拉伸強(qiáng)度明顯高于常用高性能管材合金 Inconel 625和Nimonic263的，如表 10所列[15]。其持久強(qiáng)度高于Nimonic 263合金的，與Inconel 625合金的相近。其3萬小時(shí)和10萬小時(shí)的持久強(qiáng)度在700 ℃時(shí)與Inconel 740合金的處于同一水平，而其在650和750 ℃時(shí)的持久強(qiáng)度也基本與Inconel 625和Nimonic263合金的處于同一水平，如圖6所示[13]。

表9 過熱器管材用高溫合金的化學(xué)成分[16]Table 9 Chemical compositions of superalloys used for superheater tube[16] (mass fraction, %)

表10 幾種過熱器管材用高溫合金的力學(xué)性能[16]Table 10 Mechanical properties of some superalloys used for boiler tube[16]

圖6 GH2984、Inconel 740和Nimollic 263合金在不同溫度下的持久強(qiáng)度[16]Fig.6 Stress rupture properties of GH2984, Inconel 740 and Nimonic 263 alloys at different temperatures[16]

4.3 GH2984合金良好的耐蝕性

由于合金的Cr含量達(dá)18%~20%，可以形成致密而牢固的 Cr2O3為主的氧化膜，所以抗氧化性和抗熱腐蝕性良好。表11列出了GH2984合金經(jīng)700~ 900 ℃氧化100 h的氧化速率數(shù)據(jù)[14]。由表11可知，700 ℃的平均氧化速率僅為0.005 8 g/(m2·h)，遠(yuǎn)小于艦船對(duì)合金材料的氧化速率低于0.009~0.15 g/(m2·h)的要求，明顯優(yōu)于同類型鐵基合金GH2135和GH1140的氧化速率。

表11 3種鐵基高溫合金在700~900 ℃氧化100 h的平均氧化速率[16]Table 11 Average oxidation rates of three Fe base superalloys at 700?900 ℃ for 100 h[16]

將3種合金置于25%NaCl+75%Na2SO4熔鹽強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中，經(jīng)650~820 ℃保溫3 h，測(cè)得熱腐蝕質(zhì)量損失。結(jié)果表明(見表 12)[16]，GH2984合金的腐蝕速率在750 ℃以下，與對(duì)比試樣GH1140和GH2135合金腐蝕速率基本相當(dāng)，750 ℃以上GH2984合金的耐熱腐蝕性能最好。單管燃?xì)飧g用燃料為艦船燃?xì)廨啓C(jī)使用的輕柴油，鹽霧用配制的人造海水加入，為加速實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，采用高鹽濃度(10?4)，實(shí)驗(yàn)溫度為900 ℃，時(shí)間為25 h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見表12)表明，GH2984合金的抗熱腐蝕性能比GH2135合金的好，與GH1140合金的相當(dāng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鎳基鑄造高溫合金 K403的，如表12所列[16]。

另外，GH2984合金的抗晶間腐蝕性能優(yōu)異，在各種不同熱處理狀態(tài)或焊接后都不發(fā)生晶界腐蝕。

表12 幾種合金的熱腐蝕試驗(yàn)質(zhì)量損失[15]Table 12 Heat-corrosion data (mass loss) of several alloys[15]

4.4 GH2984合金穩(wěn)定的顯微組織

研究結(jié)果表明，GH2984合金經(jīng)700 ℃、(0.1~1.8)×104h長(zhǎng)期時(shí)效后的組織和力學(xué)性能比較穩(wěn)定，滿足大型艦船及超超臨界電站鍋爐長(zhǎng)期使用的需要。

GH2984合金經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后，γ奧氏體基體的晶粒度為 4~6級(jí)，晶界析出相較少，γ′相呈球形，彌散均勻分布于γ基體，γ′相直徑約23 nm，數(shù)量為5.74%，是合金的主要強(qiáng)化相。此外，還有少量MC相，包括NbC，Ti(N,C)，它們是凝固結(jié)晶過程中析出的，分布于晶內(nèi)和晶界，尺寸大小為1~10 μm，在GH2984合金中的數(shù)量為0.52%。

GH2984合金經(jīng) 700 ℃不同時(shí)間長(zhǎng)期時(shí)效后，γ′相顆粒半徑隨時(shí)效時(shí)間t1/3呈直線增加，遵循一般顆粒長(zhǎng)大速率的擴(kuò)散控制粗化動(dòng)力學(xué)規(guī)律，γ′相的數(shù)量緩慢增加，到18×103h增加至7.23%(見表13)。γ′相數(shù)量的增加補(bǔ)償了γ′相長(zhǎng)大對(duì)合金強(qiáng)度的影響。γ′相成分的分析表明，長(zhǎng)期時(shí)效過程中γ′相化學(xué)組成變化不大。

GH2984合金在700 ℃長(zhǎng)期時(shí)效過程中，NbC和Ti(CN)等碳化物的數(shù)量略有增加(見表 13)[17]，由標(biāo)準(zhǔn)熱處理狀態(tài)的0.52%增加至18×103h的0.66%，且化學(xué)成分基本不變，只是在18×103h時(shí)效后，碳化物中有少量Cr出現(xiàn)，顯然是M23C6在晶界沉淀增多的結(jié)果。電鏡觀察表明，晶界上析出一些塊狀 M23C6和 σ相，前者可阻止晶界滑動(dòng)，有利于持久強(qiáng)度的提高，后者由于數(shù)量少，且以塊狀或顆粒狀占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，對(duì)力學(xué)性能影響很小。

表13 GH2984合金在長(zhǎng)期時(shí)效過程中γ′，MC和σ相數(shù)量變化[17]Table 13 Amount changes of γ′, MC and σ phases of GH2984 alloy during long-time aging[17] (mass fraction, %)

表14 GH2984合金脹管實(shí)驗(yàn)情況[16]Table 14 Expanding tube experiments of GH2984 alloy[16]

4.5 GH2984合金的成形工藝性能

GH2984合金的冷熱壓力加工性能好，特別是管材成形性能優(yōu)異。由900~1 300 ℃的高溫沖擊、高溫拉伸、高溫墩粗和高溫扭轉(zhuǎn)及晶粒長(zhǎng)大傾向性的系統(tǒng)試驗(yàn)表明，GH2984合金高溫塑性良好，變形抗力低，熱加工溫度范圍寬，晶粒長(zhǎng)大傾向性小[18]。

GH2984合金熱穿管坯料的加熱溫度為1 100 ℃，穿管時(shí)溫度升高達(dá)1 160~1 180 ℃，穿出的荒管質(zhì)量較好，成品率較高。各種工藝參數(shù)控制得當(dāng)時(shí)，穿管成品率可達(dá)100%，GH2984合金冷軋冷拔工藝性能與1Cr18Ni9Ti合金的相似，無論是采用單一的冷軋或冷拔工藝，還是采用冷軋與冷拔聯(lián)合工藝，進(jìn)行冷變形時(shí)均可獲得表面質(zhì)量和尺寸公差符合要求(YB804—20)的標(biāo)準(zhǔn)鋼管。

GH2984合金管的擴(kuò)口性能良好，在不同熱處理制度下均能很好地?cái)U(kuò)口，擴(kuò)口率達(dá)38%。同時(shí)，管子壓扁性能也很好，管壁間距達(dá)壁厚的3~4倍，也無任何問題。彎管實(shí)驗(yàn)在彎管機(jī)上進(jìn)行，彎管半徑為 65 mm，彎管角度為 180°，彎管性能良好，表面光滑無裂紋。

GH2984合金管的脹管性能極好，特別適于艦船用脹接式過熱器的制作。脹管實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表14[16]，脹管后經(jīng)400、600、1 000和1 200 N/cm2水壓打壓后，滴水不漏，表明脹管性能優(yōu)異，在艦船上實(shí)際安裝工藝性能試驗(yàn)證明，GH2984合金管與15CrMo合金管脹接時(shí)，脹管率在 1.4%~4.4%之間，GH2984合金管沒有發(fā)生起皮和裂紋等問題，滿足冷態(tài)下的脹接與超壓試壓需要，完全符合鍋爐冷態(tài)安裝技術(shù)要求，也能滿足超級(jí)超臨界電站鍋爐過熱器制造需要。

4.6 GH2984合金的應(yīng)用

GH2984合金力學(xué)性能和化學(xué)性能優(yōu)異，工藝性能良好，長(zhǎng)期組織和力學(xué)性能穩(wěn)定，是一種成本低廉的過熱器管材用鐵基高溫合金，適于制作艦船用鍋爐過熱器，也可制作超級(jí)超臨界電站鍋爐用過熱器和再熱器。1992年“GH2984艦船用鍋爐過熱器高溫管材合金”獲中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

5 艦用燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片和導(dǎo)向葉片用5種抗熱腐蝕高溫合金

2001年，本研究組承擔(dān)了一種先進(jìn)艦用燃?xì)廨啓C(jī)全部渦輪葉片和導(dǎo)向葉片用 5種抗熱腐蝕高溫合金K444、K435、K452、K446和GH4413的研制。通過相計(jì)算和熱腐蝕微觀機(jī)制等基礎(chǔ)研究，確定了合金的最佳成分控制范圍，通過控制固溶處理冷卻速率，調(diào)整主要強(qiáng)化相 γ′相的尺寸和晶界碳化物的形態(tài)，解決了上述高Cr、W、Mo含量合金的室溫和中溫低塑性的技術(shù)難題。鑄造鎳基合金K444為1~2級(jí)渦輪葉片材料，屬于BC合金。鑄造鎳基合金K435為3~4級(jí)渦輪葉片材料。變形鎳基高溫合金GH4413為5~6級(jí)渦輪葉片材料。鑄造鎳基高溫合金K452為1~6級(jí)導(dǎo)向葉片材料。鑄造鎳基合金 K446是燃?xì)廨啓C(jī)整流支柱用材料。所有這5種合金均屬抗熱腐蝕高溫合金，2005年通過了技術(shù)鑒定。目前已批量提供母合金及熱軋棒材，制備出全部6級(jí)渦輪葉片和導(dǎo)向葉片以及整流支柱零件，并已通過850 h長(zhǎng)期試車考核。

2003年，K444合金還被選作R0110重型燃機(jī)1~4級(jí)渦輪葉片材料，K452合金還被選作這種重型燃?xì)廨啓C(jī)1~4級(jí)導(dǎo)向葉片材料，K446合金同樣被選作這種重型燃?xì)廨啓C(jī)的整流支柱材料。今年將生產(chǎn)兩臺(tái) R0110重型燃機(jī)正式用于發(fā)電生產(chǎn)。與航空發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫合金一樣，抗熱腐蝕高溫合金要求具有良好的力學(xué)性能和化學(xué)性能，此外，還特別要求抗熱腐蝕性能優(yōu)異，長(zhǎng)期組織和力學(xué)性能的穩(wěn)定性特別好。本研究組研制的5種抗熱腐蝕高溫合金的主要化學(xué)成分見表15[19]。由表15可見，本研究組研制的5種抗熱腐蝕高溫合金與西方國(guó)家同類合金比較，不含Ta是最大的特點(diǎn)。因此，這些合金的成本比含鉭合金的要低得多。例如，合金中如含2%Ta，那么成本將增加12~20萬元/t，顯然不含 Ta的抗熱腐蝕合金所帶來的經(jīng)濟(jì)效益是十分可觀的。5種抗熱腐蝕高溫合金雜質(zhì)元素的含量控制到了國(guó)內(nèi)所有高溫合金的最低水平，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，而有益微量元素的加入種類和數(shù)量有創(chuàng)新，是化學(xué)成分中的最大特點(diǎn)。

表15 5種抗熱腐蝕合金的化學(xué)成分[19]Table 15 Chemical composition of five kinds of hot corrosion resistance alloys (mass fraction, %)[19]

表16 K435、K444、K452與K438合金的抗熱腐蝕性能[19]Table 16 Hot corrosion resistance of K435, K444 and K438 alloys[19]

5.1 合金的優(yōu)異抗熱腐蝕性能

抗熱腐蝕高溫合金性能的最大特點(diǎn)是抗熱腐蝕性能優(yōu)異。本研究組研制的鎳基合金 K435、K452和K444合金的抗熱腐蝕性能都優(yōu)于 K438合金的(見表16)。表16[19]表明：K435、K444和K452合金的抗熱腐蝕性能都明顯優(yōu)于K438合金的，而K438合金即IN738合金是西方的王牌抗熱腐蝕高溫合金。K435、K444與K438合金的Cr含量基本相同，但前兩合金(W+Mo)含量為7.2%，W/Mo比為2.75，較K438合金相應(yīng)的4.4%和1.44要高得多，同時(shí)，前兩合金(Al+Ti)含量為 7.4%，γ′相數(shù)量約為 50%，Ti/Al為 1.64，而K438合金的相應(yīng)值為6.8%，47%~49%和0.94。在γ′相數(shù)量相近的情況下，W/Mo比和Ti/Al比高對(duì)抗熱腐蝕性能有益。而K452合金與K438合金比較，最突出的特點(diǎn)是 Cr含量更高，為21%，高于 K438合金的16%，同時(shí)W/Mo比與Ti/Al比都比較高，K452合金顯示出更優(yōu)異的抗熱腐蝕性能[19]。

抗熱腐蝕鎳基變形高溫合金GH4413的Cr含量在15%左右，較航空發(fā)動(dòng)機(jī)常用變形合金渦輪葉片材料GH4049的Cr含量(10%左右)提高約5%，而且γ′相含量?jī)H為29%，較GH4049合金的36%要低7%，同時(shí)，W/Mo比也較高。所以，GH4413合金的抗熱腐蝕性能在850 ℃時(shí)較GH4049合金的要好(見表17)[14]。前者用作艦用燃?xì)廨啓C(jī)的5~6級(jí)渦輪葉片，而后者大多用作航空發(fā)動(dòng)機(jī)1級(jí)渦輪葉片。

5.2 合金的穩(wěn)定力學(xué)性能

抗熱腐蝕高溫合金性能的另一特點(diǎn)是高溫長(zhǎng)期暴露力學(xué)性能穩(wěn)定?？篃岣g高溫合金由于在高溫長(zhǎng)期時(shí)效或長(zhǎng)期使用過程中組織穩(wěn)定，通常僅有 γ′相的緩慢長(zhǎng)大和數(shù)量增加以及碳化物少量變化，沒有TCP相的大量析出，因而力學(xué)性能不出現(xiàn)急劇降低的情況。圖 7[20?21]所示為 K435、K452、K444 和 GH4413 合金在其使用溫度進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)10 000 h的持久試驗(yàn)結(jié)果。由圖7可知，除K444合金外，其它3個(gè)合金持久曲線沒有拐點(diǎn)，證明持久性能穩(wěn)定。K444合金屬電子空穴數(shù)臨界值邊緣合金，由于在持久試驗(yàn)過程組織中形成σ相，900 ℃曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，但在化學(xué)成分范圍內(nèi)嚴(yán)格控制元素含量，可以避免σ相析出。圖8[22]表明，導(dǎo)向葉片用抗熱腐蝕鑄造鎳基高溫合金 K452經(jīng)800~900 ℃時(shí)效10 000 h后，900 ℃抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和塑性變化不大。

表17 GH4413與GH4049抗熱腐蝕性能比較[14]Table 17 Hot corrosion resistance of GH4413 and GH4049 alloys[14]

圖7 GH4413、K452、K435和K444合金在不同溫度工作長(zhǎng)達(dá)10 000 h后的持久試驗(yàn)結(jié)果[20?21]Fig.7 High-temperature rupture stress up-to rupture time of 10 000 h at different temperatures for GH4413(a), K452(b), K435(c)and K444(d) alloys[20?21]

5.3 抗熱腐蝕高溫合金的應(yīng)用

采用本研究組研制的5種抗熱腐蝕高溫合金制造的零部件已裝備在一種先進(jìn)艦用燃?xì)廨啓C(jī)上，并通過了850 h長(zhǎng)期試車考核和技術(shù)評(píng)審，可進(jìn)行批量生產(chǎn)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)還可用作天然氣輸送管線的加壓系統(tǒng)，或用于民用發(fā)電。采用K444和K452合金制成的R0110燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片和導(dǎo)向葉片也已通過試車考核，即將用于民用發(fā)電。

圖8 高溫長(zhǎng)期時(shí)效對(duì)K452合金900 ℃高溫拉伸性能的影響[22]Fig.8 Effect of long-term aging on tensile properties of K452 alloy at 900 ℃[22]

6 結(jié)論

1) GH2135合金具有良好的低周疲勞性能以及屈服強(qiáng)度隨溫度的反常行為，特別適于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤，是我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的第一個(gè)渦輪盤鐵基高溫合金。

2) GH2035A合金具有良好的拉伸和持久性能，特別是高溫塑性和熱加工性能優(yōu)異，適于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪環(huán)形件，是一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利合金。

3) DZ417G合金具有強(qiáng)度高、塑性好、組織穩(wěn)定、密度低等特點(diǎn)，特別適于制作先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片和導(dǎo)向葉片，也是一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利合金。

4) GH2984合金具有長(zhǎng)達(dá)100 000 h的良好持久性能和耐蝕性能，以及優(yōu)異的冷、熱加工性能，而且成本低廉，適于制作艦船和高參數(shù)超超臨界鍋爐用過熱器和再熱器管材，是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鐵?鎳基高溫合金。

5) K444、K435、K452、K446和GH4413等5種抗熱腐蝕高溫合金的最大特點(diǎn)是抗熱腐蝕性能優(yōu)異，長(zhǎng)期組織和力學(xué)性能穩(wěn)定性良好，適于制作艦船和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)用渦輪葉片、導(dǎo)向葉片和整流支柱等高溫結(jié)構(gòu)件。這5種合金在微量元素的種類和數(shù)量控制上有創(chuàng)新，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

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Microstructure and properties of several originally invented and unique superalloys in China

GUO Jian-ting, ZHOU Lan-zhang, YUAN Chao, HOU Jie-shan, QIN Xue-zhi
(Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China)

This review summarizes the research results of the studies on superalloys in the research group of superallloys and intermetallics in Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences in the past 50 years. The paper mainly introduces nine originally invented and unique superalloys in China, including their chemical composition and microstructural characteristics, mechanical properties, chemical and physical properties, hot and cold workabilities, and application characteristics.

superalloy; turbine disc superalloy GH2135; turbine ring part superalloy GH2035A; turbine blade superalloy DZ417G; superheater tube superalloy GH2984; hot corrosion resistant superalloy; K444; K435; K452; GH4413

TG146

A

1004-0609(2011)02-0237-14

2010-07-20；

2010-12-20

郭建亭，研究員；電話：024-23971917；E-mail: Jtguo@ imr.ac.cn

(編輯 龍懷中)