关键词 |
变形高温合金棒材研磨棒冷拉棒,航空发动机用精密合金光亮棒,发动机耐高温合金研磨棒,汽车用耐高温合金棒材研磨棒 |
面向地区 |
全国 |
品名 |
镍铬合金 |
战略角度:高温合金材料是航空航天领域的战略军事物资,对于提高航空发动机性能、实现航空发动机国产化具有重要作用。我国从上世纪60年代开始发展国产航空发动机,历经坎坷,已经取得了进步。但是,与国外发动机相比,国产涡扇发动机的推重比这一重要指标仍然落后。提高航空航天发动机的工作温度,核心手段是应用高温合金材料。航空发动机高温合金用量达到50%以上,被誉为“航空发动机的基石材料”。
需求角度:军民市场共同牵引,国产替代需求强劲。2019年,我国高温合金市场规模达到169.8亿元,同比增长33.52%。国内高温合金产能供给有限,长期存在较大的供需缺口。未来10年,我国航空发动机用高温合金市场规模约850亿元,长期看商用航空发动机带来市场空间,以10年为维度商用航发带来的高温合金市场规模达2378亿元。此外,在燃气轮机、核电、石油、汽车等领域都有大量的高温合金市场需求
国内发展
自1956年炉高温合金GH3030试炼成功,迄今为止,我国高温合金的研究、生产和应用已历经60年的发展历程。60年的高温合金发展可以分为三个阶段。
个阶段:从1956年至20世纪70年代初是我国高温合金的创业和起始阶段。本阶段主要是仿制前苏联高温合金为主体的合金系列,如:GH4033,GH4049,GH2036,GH3030,K401和K403等。
第二个阶段:从20世纪70年代中至90年代中期,是我国高温合金的提高阶段。主阶段主要试制欧美型号的发动机,提高高温合金生产工艺技术和产品质量控制。
第三阶段:从20世纪90年代中至今,是我国高温合金的全新发展阶段。本阶段主要是应用和开发了一批新工艺,研制和生产了一系列、次的新合金。
我国的高温合金研究主要研究单位是钢铁研究总院、北京航空材料研究院、中国科学院金属研究所、北京科技大学、东北大学、西北工业大学等,主要生产企业有:中航工业、钢研高纳、炼石有色、抚顺特钢、高钢特钢和第二重型机械集团万航模锻厂(二重)等。在此基础上,我国已具备了高温合金新材料、新工艺自主研发和研究的能力。
虽然高温金属合金材料在我国已发展近60年,但行业发展仍处于成长期。由于高温金属合金材料领域具有较高技术含量,该行业企业拥有较深护城河。我国高温金属合金每年需求量在2万吨以上,国内年生产量在1万吨左右,市场容量超过80亿元,其中进口占比较大。未来20年我国各类军机采购需求在2800架左右,民用飞机采购数量在5400架左右,对应的高温合金需求在1500亿以上,再加上500亿的燃气轮机需求,仅高温合金空间一项就有2000亿的市场空间即将打开。
我国生产能力与需求相比存在两个缺口:
(1)生产能力不足。我国高温合金生产企业数量有限,生产能力与需求之间存在较大缺口,在燃气轮机、核电等领域的高温合金主要还依赖进口。
(2)产品难以满足应用需求。我国的高温合金生产水平与美国、俄罗斯等国有着较大差距,随着我国研制更的航空航天发动机,高温合金材料在供应上存在无法满足应用需求的现象
新型高温合金
包括粉末高温合金、钛铝系金属间化合物、氧化物弥散强化高温合金、耐蚀高温合金、粉末冶金及纳米材料等多种细分产品领域.
①第三代粉末高温合金的合金化程度提升,使其兼顾了前两代的优点,获得了更高的强度较低的损伤,粉末高温合金生产工艺日趋成熟,未来可能从以下几个方面开展: 粉末制备、热处理工艺、计算机模拟技术、双性能粉末盘;
②钛铝系金属间化合物已经开发到第四代,逐步向着多元微量和大量微元这两个方向拓展,德国的汉堡大学,日本京都大学,德国的GKSS 中心等都进行了广泛的研究,钛铝系金属间化合物现已应用于船舶、生物医用、体育用品领域;
③氧化物弥散强化高温合金是粉末高温合金一部分,正在生产研制的有近20 余种,具有较高的高温强度和低的应力系数,广泛的应用于燃气轮机耐热抗氧化部件、航空发动机、石油化工反应釜等;
④耐蚀高温合金主要用于替代耐火材料和耐热钢,应用于建筑及航天航空领域。
合金强化类型
根据合金强化类型,高温合金可以分为固溶强化型高温合金和时效沉淀强化合金。
⑴固溶强化型
所谓固溶强化型即添加一些合金元素到铁、镍或钴基高温合金中,形成单相奥氏体组织,溶质原子使固溶体基体点阵发生畸变,使固溶体中滑移阻力增加而强化。有些溶质原子可以降低合金系的层错能,提高位错分解的倾向,导致交滑移难于进行,合金被强化,达到高温合金强化的目的。
⑵时效沉淀强化
所谓时效沉淀强化即合金工件经固溶处理,冷塑性变形后,在较高的温度放置或室温保持其性能的一种热处理工艺。例如:GH4169 合金,在650℃的高屈服强度达1 000 MPa,制作叶片的合金温度可达950℃。
GH4169高温合金
GH4169合金是镍一铬一铁基高温合金。GH4169合金属于镍基变形高温合金。镍基合金是一种复杂的合金。它被广泛地应用于制造各种高温部件。同时,也是所有高温合金中为注目的一种合金。它的相对使用温度在所有普通合金系中也是高的。的飞机发动机中这种合金的比重在50%以上。
GH4169合金是由国际镍公司亨廷顿分公司的Eiselstein研制成功,于1995年公开介绍的时效硬化镍—铬—铁基变形合金。合金是以体心立方g〞和面心立方g′相为沉淀强化的一种镍基变形高温合金,在650℃以下具有高的抗拉强度、屈服强度和良好的塑性,具有良好的抗腐蚀、抗辐射能、疲劳、断裂韧性等综合性能,以及满意的焊接和焊后成型性能等。合金在-253~650℃很宽的温度范围内组织性能稳定,成为在深冷和高温条件下用途极广的高温合金。由于GH4169良好的综合性能,被广泛用于航空发动机的压气机盘、压气机轴、压气机叶片、涡轮盘、涡轮轴、机匣、紧固件和其它结构件和板材焊接件等 [3]。
我国于70年代开始研制GH4169合金,主要应用于盘件,使用时间比较短,所以采用真空感应加电渣重熔的双联工艺。八十年代开始应用于航空领域,提高和改进材料质量、提高合金的综合性能和使用可靠性成为主要的研究方向。当前GH4169合金的主要研究方向为:
(1)改进冶炼工艺,量化冶炼参数,实现程序稳定操作,使合金显微组织更加均匀,从而得到优良的屈服和疲劳强度以及抗裂纹扩展止裂能力,提高低周疲劳强度等;
(2)改进热处理工艺。热处理工艺不能很好的消除钢锭中心的偏析,所以对组织的均匀性有不利影响,因此采用合理的均匀化退火工艺,得到细晶坯料成为主要研究方向之一;
(3)改进使用设计。由于GH4169的工作温度不能650℃,所以应当加强零部件的冷却,充分发挥该高温合金的、低成本等优点;
(4)提高组织稳定性能。由于航空发动机部件的命要求,对于提高GH4169合金长期时效组织稳定性方面也是至关重要的。
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