難變形高溫合金

    難變形高溫合金通常是指強化相質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)40%以上的一類變形高溫合金。該類合金一般具備以下典型特征：合金化程度高、強化相數(shù)量多、變形抗力大、導(dǎo)熱性能差、熱加工范圍窄，在現(xiàn)有設(shè)備條件下需采用一些特殊熱加工技術(shù)才能獲得相對均勻的組織。

    難變形高溫合金因強化相含量高及優(yōu)良的高溫組織穩(wěn)定性，其綜合力學(xué)性能可以達(dá)到粉末高溫合金水平，承溫能力也相對傳統(tǒng)變形高溫合金更高。目前已成為高推重比航空航天發(fā)動機部件的關(guān)鍵選材，主要用于制造航空航天發(fā)動機渦輪盤、壓氣機盤、機匣、葉片等零件。

難變形高溫合金材料的發(fā)展

    高溫合金誕生于20世紀(jì)30年代，并受二次世界大戰(zhàn)影響，其研究和應(yīng)用得到快速發(fā)展。自20世紀(jì)70年代，為了滿足發(fā)動機更高服役性能的要求，綜合性能更優(yōu)的難變形高溫合金得到突破性發(fā)展，出現(xiàn)了以美國Udimet 710，Udimet 720，Udimet 720Li，以及俄羅斯ЭК79和ЭК151等合金為代表的難變形高溫合金（見圖1），滿足了航空航天發(fā)動機對高性能渦輪盤材料的使用需求。進(jìn)入21世紀(jì)，新型合金ВЖ175研制成功，其長期服役溫度可達(dá)800 ℃，并繼承了俄系高溫合金高熱強性能的優(yōu)勢。為了實現(xiàn)低的成本控制，通用電氣公司在René88DT化學(xué)成分基礎(chǔ)上研制出René65難變形高溫合金，承溫能力低于ВЖ175合金，但熱加工性能良好。法國研制的AD730合金的力學(xué)性能與Udimet 720Li合金相當(dāng)，但熱加工性能和焊接性能優(yōu)于Udimet 720Li合金，有望用于制備成本更低的航空發(fā)動機零部件?？傮w來看，目前國際上新型難變形高溫合金從單純注重材料高溫力學(xué)性能，向服役性能與制備工藝平衡方向發(fā)展。

 國外變形高溫合金盤材的發(fā)展歷程

難變形高溫合金工藝的發(fā)展

    與傳統(tǒng)變形高溫合金渦輪盤雙聯(lián)或三聯(lián)冶煉+鍛造開坯+模鍛/軋制的工藝相比，作為強化相質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過40%的難變形高溫合金，其鑄鍛工藝的成功實施需要解決大尺寸鋼錠的成分控制與冶金缺陷預(yù)防、鑄態(tài)組織破碎與大規(guī)格細(xì)晶棒材制備、盤鍛件組織性能高效調(diào)控等一系列的技術(shù)難題。近年來，國際上逐步突破了難變形高溫合金的三聯(lián)大錠型冶煉、均勻化處理、大尺寸細(xì)晶棒材的反復(fù)鐓拔+徑鍛開坯、盤件鍛造與組織性能控制等關(guān)鍵技術(shù)，并且隨著冶金技術(shù)和設(shè)備水平的提升，實現(xiàn)了難變形高溫合金極限制備水平的不斷突破，滿足了先進(jìn)航空發(fā)動機的需要，如圖2所示。

圖2 難變形高溫合金渦輪盤制備工藝路線圖

我國難變形高溫合金的發(fā)展與應(yīng)用

   我國的第一爐高溫合金于1956年3月26日試煉成功，從模仿國外到逐步具備自主研發(fā)能力，國內(nèi)高溫合金的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)歷了64年的發(fā)展歷程，并且形成了我國特色的高溫合金體系，其中難變形高溫合金材料的制造工藝及其應(yīng)用成就令人矚目。自20世紀(jì)80年代開始，隨著航空航天發(fā)動機的發(fā)展，我國開始了難變形高溫合金的跟蹤研究，攻克了多種牌號鋼錠的成分控制、冶金缺陷預(yù)防、細(xì)晶棒材制備及盤鍛件組織和性能調(diào)控等一系列技術(shù)難點，成功研制了GH4710，GH4079，GH4720Li，GH4096等難變形高溫合金，滿足了我國航空航天發(fā)動機的需求。目前，國內(nèi)正在開展多種新型難變形高溫合金的研究，為未來*航空航天發(fā)動機的發(fā)展提供更可靠的材料保障。

難變形高溫合金材料展望

    近年來，國內(nèi)特種冶金及熱加工技術(shù)快速提升，為我國難變形高溫合金的成功研制奠定了堅實的基礎(chǔ)。為了保障更高推重比發(fā)動機對材料的使用需求，國內(nèi)外仍在不斷探索難變形高溫合金的發(fā)展?jié)摿?，朝著更高合金化、更高力學(xué)性能、更好加工性能及低成本制造方向發(fā)展，為最終形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的難變形高溫合金材料體系奠定基礎(chǔ)。

曲敬龍^1,2、王民慶^1,2、史玉亭^1,2、秦鶴勇^1,2、張北江^1,2、付銳^1,2、畢中南^1,2、鄧群^1,2、杜金輝^1,2

（1 北京鋼研高納科技股份有限公司，北京 100081; 2鋼鐵研究總院 高溫合金新材料北京市重點實驗室，北京 100081;）

原文出處：

GH4720Li合金中析出相的研究進(jìn)展（點擊“題目"可鏈接全文）

曲敬龍, 易出山, 陳競煒, 史玉亭, 畢中南, 杜金輝

2020, 48 (8): 73-83.   

DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000182 

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