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中国高温合金材料的研究开发与产业发展 |
| http://www.chinafm.org.cn 2008-02-15 19:51:29 |
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07年12月伊始，绝大多数的军事网站都争相报道了北京科技大学新金属材料国家重点实验室历经20年的研究成果――高温高性能高铌钛铝合金材料研制成功并即将步入产业化。据媒体报道：这一技术将使中国航空航天发动机材料居世界领先水平。这篇报道的真实性如何呢？我国在高温合金材料上的研究开发与产业发展又是怎样的一个情况呢？回答这个问题是需要很多的背景知识的。可巧！笔者手头有一本《中国新材料产业发展报告2006――航空航天材料专辑》。这本书的里面有一些介绍。我总结了一下。现提供给广大军迷朋友。好让大家有一个初步了解。
一、 对高温合金材料产业现状的大致情况总结
高温合金又称热强合金、耐热合金或超合金，它是可以在600～1100℃氧化和燃气腐蚀条件下承受复杂应力、长期可靠工作的一类金属材料。
中国高温合金的研发起步于20世纪50年代末，到现在已形成自己的合金体系。目前我国高温合金牌号和品种很多，变形高温合金有50多个牌号，铸造高温合金有40多个牌号。它们广泛用作燃起涡轮发动机的热端关键部件。如：涡轮盘、涡轮工作叶片、涡轮导向叶片、燃烧室和加力燃烧室等零部件材料。
二、 我国高温合金的研制和生产概况
我国航空发动机是1955年问世的，1956年开始了最简单的镍基高温合金GH3030试制。1958年前后，为适应航空工业发展的需要，在防制国外高温合金的同时，开始研制中国的高温合金。现在，在我国研制（包括仿制）的高温合金中，有些已达到国外同类合金水平。例如叶片用合金GH5188、K417G、K403、DZ4、DZ22、DZ125、IC6、DD3等；涡轮盘用合金GH901、GH4133B、GH710、K418B、K6C等；燃烧室用合金GH1140、GH4099、GH1015等；环形件用合金GH903、GH907、GH909。
近年来，为适应高推重比发动机的需要，研制的定向凝固合金、单晶合金、粉末合金、机械合金化合金和金属间化合物为基的合金，取得了不少成果，已达世界较先进水平。如金属间化合物为基的IC6合金在1100℃/100h持久强度达100 Mpa；单晶合金DD6在1100℃/100h持久强度达140 Mpa。
总体来看，现在我国的高温合金已基本形成自己的体系和研制生产基地，主要形成了以抚钢、上钢五厂、长钢三厂和齐齐哈尔钢厂等为主体的变形高温合金基地和以航空发动机制造公司精密铸造厂为主体的铸造厂为主体的铸造高温合金生产基地。目前年生产能力达1万多吨，可生产棒、盘、板、丝、带、环、管材及精密铸件。可以这样说，航空和其他工业部门使用的各种高温合金均可在国内生产供应。据统计，几十年来各类高温合金共生产了6万多吨，保证了我国5万多台航空发动机生产和发展需要.
三、 与美国相比的差距
前面讲过：我国高温合金的研制和生产在国际上也是具有一定的规模和水平的。但与老美相比，大约还有30年的差距。主要差距在以下几点：
1、研制、仿制多，应用少。
在变形高温合金50多个牌号，铸造高温合金40多个牌号中，获得应用的不足70％。在这70％中仅有15种变形合金和5种铸造合金做过材料结构的完整性研究，故在应用上受到限制。这也是为什么我国发动机品种少的原因。
2、材料的冶金质量水平低。主要表现在材料的纯净度低，合金波动大，对原材料和高温材料杂志和气体含量的要求不够严格，影响到合金性能及其稳定。
3、在冶金、铸造和压力加工工艺中控制不严，影响铸件、棒、饼坯等材料的冶金质量。尤其是航空发动机铸造涡轮叶片等复杂形状热端关键部件精铸件毛坯合格率比较低。例如，发达国家的空心定向和单晶的合格率可达到70%~90%，而国内的同类叶片铸件毛坯合格率一般为30%~40%,有些叶片的合格率甚至不到10%，这大大提高了制造成本，影响了工程化和产业化的进程。
4、对于一些用量少、规格特殊的材料，因为缺少小批量生产基地而难以生产，往往只能够由研制单位生产或外购，缺少供货渠道，这不但给制造增加了难度，而且提高了成本。
5、生产成本高。我高温合金的原材料，如Ni,Cr,W,Co,一般来说贵于国外原材料价格。
6、燃气轮机用大尺寸精铸叶片生产工艺尚未突破，国产化率不高。
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