航天發(fā)動機(jī)尾噴管材料的簡介

航天發(fā)動機(jī)尾噴管材料的簡介 吉g厶仝高^溫合金摘要：隨著航天航空的迅速發(fā)展，對耐高溫材料有了更高的要求，但是隨著高溫材料的發(fā)展，它們的加工問題也越來越嚴(yán)峻，急需相應(yīng)工藝的發(fā)展，對高溫材料的有效加工必將是高溫材料今后有效利用的關(guān)鍵。關(guān)鍵詞：加工工藝，高溫合金，切削，應(yīng)用，發(fā)展。一、 零件的材料火箭發(fā)動機(jī)噴管是用于火箭發(fā)動機(jī)的一種（通常是漸縮漸闊噴管）推力噴管。它用于膨脹并加速由燃燒室燃燒推進(jìn)產(chǎn)生的燃?xì)?，使之達(dá)到超高音速。噴嘴的外形：鐘罩形或錐形。在一個高膨脹比的漸縮漸闊噴嘴中，燃燒室產(chǎn)生的高溫氣體通過一個開孔（噴口）排出。如果給噴嘴提供足夠高的壓力（高于圍壓的2.5至3倍），就會形成噴嘴阻流和超音速射流，大部分熱能轉(zhuǎn)化為動能，由此增加排氣的速度。在海平面，發(fā)動機(jī)排氣速度達(dá)到音速的十倍并不少見。一部分火箭推力來自燃燒室內(nèi)壓力的不平衡，但主要還是來自擠壓噴嘴內(nèi)壁的壓力。排出氣體膨脹（絕熱）時對內(nèi)壁的壓力使火箭朝向一個方向運(yùn)動，而尾氣向相反的方向。當(dāng)火箭發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以后，從燃燒室中噴出極高的溫度與壓力的氣體，需要經(jīng)過尾噴管對高溫高壓氣體調(diào)整方向，從而使火箭達(dá)到超高音速的要求，所以鑒于如此高溫，高壓的惡劣環(huán)境，則對尾噴管的材料提出很高的要求，這種材料不但需要有極好的耐高溫性，需要經(jīng)受住2000攝氏度到3500攝氏度的高溫，還需要有極好的耐沖擊性，灼熱表面的超高速加熱的熱沖擊，還有高熱引起的熱梯度應(yīng)力，有較好的剛度，耐氧化性，耐熱疲勞性。在如此惡劣的工作環(huán)境下，我們需要一種滿足以上要求的材料，兒高溫合金的出現(xiàn)滿足了這個要求。二、 高溫合金的分類、性能等760°C高溫材料變形高溫合金變形高溫合金是指可以進(jìn)行熱、冷變形加工，工作溫度范圍-253?1320C，具有良好的力學(xué)性能和綜合的強(qiáng)、韌性指標(biāo)，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金。按其熱處理工藝可分為固溶強(qiáng)化型合金和時效強(qiáng)化型合金。GH后第一位數(shù)字表示分類號即1、固溶強(qiáng)化型鐵基合金2、時效硬化型鐵基合金3、固溶強(qiáng)化型鎳基合金4、鉆基合金GH后，二，三，四位數(shù)字表示順序號。1、 固溶強(qiáng)化型合金使用溫度范圍為900?1300°C,最高抗氧化溫度達(dá)1320°C。例如GH128合金，室溫拉伸強(qiáng)度為850MPa、屈服強(qiáng)度為350MPa；1000C拉伸強(qiáng)度為140MPa、延伸率為85%,1000°C、30MPa應(yīng)力的持久壽命為200小時、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發(fā)動機(jī)燃燒室、機(jī)匣等部件。2、 時效強(qiáng)化型合金使用溫度為-253?950C,—般用于制作航空、航天發(fā)動機(jī)的渦輪盤與葉片等結(jié)構(gòu)件。制作渦輪盤的合金工作溫度為-253?700°C，要求具有良好的高低溫強(qiáng)度和抗疲勞性能。例如：GH4169合金，在650C的最高屈服強(qiáng)度達(dá)1000MPa；制作葉片的合金溫度可達(dá)950C，例如：GH220合金，950C的拉伸強(qiáng)度為490MPa,940°C、200MPa的持久壽命大于40小時。變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業(yè)提供結(jié)構(gòu)鍛件、餅材、環(huán)件、棒材、板材、管材、帶材和絲材。760C800MPa級高溫材料鑄造高溫合金鑄造高溫合金是指可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金。其主要特點(diǎn)是：具有更寬的成分范圍由于可不必兼顧其變形加工性能，合金的設(shè)計可以集中考慮優(yōu)化其使用性能。如對于鎳基高溫合金，可通過調(diào)整成分使Y'含量達(dá)60%或更高，從而在高達(dá)合金熔點(diǎn)85%的溫度下，合金仍能保持優(yōu)良性能。具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域由于鑄造方法具有的特殊優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)零件的使用需要，設(shè)計、制造出近終形或無余量的具有任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)和形狀的高溫合金鑄件。根據(jù)鑄造合金的使用溫度，可以分為以下三類：第一類：在-253?650°C使用的等軸晶鑄造高溫合金這類合金在很大的范圍溫度內(nèi)具有良好的綜合性能，特別是在低溫下能保持強(qiáng)度和塑性均不下降。如在航空、航天發(fā)動機(jī)上用量較大的K4169合金，其650C拉伸強(qiáng)度為1000MPa、屈服強(qiáng)度850MPa、拉伸塑性15%；650C，620MPa應(yīng)力下的持久壽命為200小時。已用于制作航空發(fā)動機(jī)中的擴(kuò)壓器機(jī)匣及航天發(fā)動機(jī)中各種泵用復(fù)雜結(jié)構(gòu)件等。第二類：在650?950C使用的等軸晶鑄造高溫合金這類合金在高溫下有較高的力學(xué)性能及抗熱腐蝕性能。例如K419合金，950C時，拉伸強(qiáng)度大于700MPa、拉伸塑性大于6%；950C，200小時的持久強(qiáng)度極限大于230MPa。這類合金適于用做航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片、導(dǎo)向葉片及整鑄渦輪。第三類：在950?1100C使用的定向凝固柱晶和單晶高溫合金這類合金在此溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的綜合性能和抗氧化、抗熱腐蝕性能。例如DD402單晶合金，1100°C、130MPa的應(yīng)力下持久壽命大于100小時。這是國內(nèi)使用溫度最高的渦輪葉片材料，適用于制作新型高性能發(fā)動機(jī)的一級渦輪葉片。隨著精密鑄造工藝技術(shù)的不斷提高，新的特殊工藝也不斷出現(xiàn)。細(xì)晶鑄造技術(shù)、定向凝固技術(shù)、復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)件的CA技術(shù)等都使鑄造高溫合金水平大大提咼，應(yīng)用范圍不斷提咼。760C800MPa級高溫材料粉末冶金高溫合金采用霧化高溫合金粉末，經(jīng)熱等靜壓成型或熱等靜壓后再經(jīng)鍛造成型的生產(chǎn)工藝制造出高溫合金粉末的產(chǎn)品。采用粉末冶金工藝，由于粉末顆粒細(xì)小，冷卻速度快，從而成分均勻，無宏觀偏析，而且晶粒細(xì)小，熱加工性能好，金屬利用率高，成本低，尤其是合金的屈服強(qiáng)度和疲勞性能有較大的提高。FGH95粉末冶金高溫合金，650°C拉伸強(qiáng)度1500MPa；1034MPa應(yīng)力下持久壽命大于50小時，是當(dāng)前在650C工作條件下強(qiáng)度水平最高的一種盤件粉末冶金高溫合金。粉末冶金高溫合金可以滿足應(yīng)力水平較高的發(fā)動機(jī)的使用要求,是高推重比發(fā)動機(jī)渦輪盤、壓氣機(jī)盤和渦輪擋板等高溫部件的選擇材料。1200ClOOMPa級高溫材料氧化物彌散強(qiáng)化(ODS)合金是采用獨(dú)特的機(jī)械合金化(MA)工藝，超細(xì)的(小于50nm)在高溫下具有超穩(wěn)定的氧化物彌散強(qiáng)化相均勻地分散于合金基體中，而形成的一種特殊的高溫合金。其合金強(qiáng)度在接近合金本身熔點(diǎn)的條件下仍可維持，具有優(yōu)良的高溫蠕變性能、優(yōu)越的高溫抗氧化性能、抗碳、硫腐蝕性能。目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的主要有三種ODS合金：MA956合金在氧化氣氛下使用溫度可達(dá)1350C，居高溫合金抗氧化、抗碳、硫腐蝕之首位?？捎糜诤娇瞻l(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)襯。MA754合金在氧化氣氛下使用溫度可達(dá)1250C并保持相當(dāng)高的高溫強(qiáng)度、耐中堿玻璃腐蝕?，F(xiàn)已用于制作航空發(fā)動機(jī)導(dǎo)向器蓖齒環(huán)和導(dǎo)向葉片。MA6000合金在1100C拉伸強(qiáng)度為222MPa、屈服強(qiáng)度為192MPa；1100C，1000小時持久強(qiáng)度為127MPa，居高溫合金之首位，可用于航空發(fā)動機(jī)葉片。金屬間化合物高溫材料金屬間化合物高溫材料是近期研究開發(fā)的一類有重要應(yīng)用前景的、輕比重高溫材料。十幾年來，對金屬間化合物的基礎(chǔ)性研究、合金設(shè)計、工藝流程的開發(fā)以及應(yīng)用研究已經(jīng)成熟，尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制備加工技術(shù)、韌化和強(qiáng)化、力學(xué)性能以及應(yīng)用研究方面取得了令人矚目的成就。Ti3Al基合金(TAC-1)，TiAl基合金(TAC-2)以及Ti2AlNb基合金具有低密度(3.8?5.8g/cm3)、高溫高強(qiáng)度、高鋼度以及優(yōu)異的抗氧化、抗蠕變等優(yōu)點(diǎn)，可以使結(jié)構(gòu)件減重35?50%。Ni3Al基合金，MX-246具有很好的耐腐蝕、耐磨損和耐氣蝕性能，展示出極好的應(yīng)用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蝕性能，在中溫(小于600C)有較高強(qiáng)度，成本低，是一種可以部分取代不銹鋼的新材料。環(huán)境高溫合金在民用工業(yè)的很多領(lǐng)域，服役的構(gòu)件材料都處于高溫的腐蝕環(huán)境中。為滿足市場需要，根據(jù)材料的使用環(huán)境，歸類出系列高溫合金。若按照基體元素分類超耐熱合金典型組織是奧氏體基體，在基體上彌散分布這碳化物、金屬間化合物等強(qiáng)化相。高溫合金的主要元素有鉻、鉆、鋁、鈦、鎳、鉬、鎢等。合金元素起穩(wěn)定的奧氏體基體組織，形成強(qiáng)化相，增加合金的抗氧化和抗腐蝕能力的作用。常用的高溫合金有鐵基、鎳基和鉆基3種。鐵基超耐熱合金鐵基高溫合金是奧氏體不銹鋼發(fā)展起來的，含有一定量的鉻和鎳等元素。它是中等溫度(600~800°C)條件下使用的重要材料，具有校核的中溫力學(xué)性能和良好的熱加工塑性，合金成分比較簡單，成本較低。主要用于制作航空發(fā)動機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)上渦輪盤，也可以制作導(dǎo)向葉片、渦輪葉片、燃燒室，以及其他承力件、緊固件燈。另一用途是制作柴油機(jī)上的廢氣增壓渦輪。由于沉淀強(qiáng)化型鐵基合金的組織不夠穩(wěn)定抗氧化性較差，高溫強(qiáng)度不足，因而鐵基合金不能在更高溫度條件下應(yīng)用。鎳基超耐熱合金以鎳為基體(含量一般大于50%)、在650~1000°C范圍內(nèi)具有較的強(qiáng)度和良好的抗氧化性、抗燃?xì)飧g能力的高溫合金。鎳基合金是高溫合金中應(yīng)用最廣、高溫強(qiáng)度最高的一類合金。其主要原因，一是鎳基合金中可以溶解較多的合金元素，且能保持較好的穩(wěn)定性；二是可以形成共格有序的A3B型金屬間化合物Y'-[Ni(Al,Ti)]相作為強(qiáng)化相，使合金的得到有效的強(qiáng)化，獲得比鐵基高溫合金和鉆基高溫合金更高的高溫強(qiáng)度；三是很含鉻的鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗氧化和抗燃?xì)飧g能力。鎳基合金含有十多種元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蝕作用，其他元素主要起強(qiáng)化作用。根據(jù)它們的強(qiáng)化作用方式可以分為固溶強(qiáng)化合金和沉淀強(qiáng)化合金：固溶強(qiáng)化兀素，如鎢、鉬、鉆、鉻、釩等；沉淀強(qiáng)化兀素，如鋁、鈦、鈮和鉭；晶界強(qiáng)化元素，如硼、鋯、鎂和稀土元素等。鉆基超耐熱合金鉆基超耐熱合金是含鉆量40%~65%的奧氏體高溫合金，在730~1100°C下，具有一定的高溫強(qiáng)度、良好的抗熱腐蝕和抗氧化能力。用于制作工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)、艦船燃?xì)廨啓C(jī)的導(dǎo)向葉片等。鉆基合金的發(fā)展應(yīng)考慮鉆的資源情況。鉆是一種重要的戰(zhàn)略資源，世界上大多數(shù)國家缺鉆，以至于鉆基合金的發(fā)展受到限制。鉆基合金一般含鎳10%~22%，鉻20%~30%以及鎢、鉬、鉭和鈮等固溶強(qiáng)化和碳化物形成元素，含碳量很高，是一類以碳化物為主要強(qiáng)化相的高溫合金。鉆基合金的耐熱能力與固溶強(qiáng)化元素和碳化物形成元素含量多少有關(guān)。三、高溫合金的應(yīng)用與發(fā)展高溫鈦合金以其優(yōu)良的熱強(qiáng)性和高比強(qiáng)度，在航空發(fā)動機(jī)上獲得了廣泛的應(yīng)用。類似的高溫合金材料在未來很長的一段時間應(yīng)該是王牌型材料，在科技日新月異的今天，對咼溫合金材料的研究與來發(fā)具有很咼的實(shí)際意義與戰(zhàn)略意義。未來的航空航天飛行器及其推力系統(tǒng)，要求發(fā)展比現(xiàn)有的Ti64和Ti6242合金的強(qiáng)度、工作溫度和彈性模量更高，密度更小，價格更低的高溫合金材料，因此，高溫合金材料的是航空材料的發(fā)展主流。高溫合金是指以鐵、鎳、鉆為基，能在600C以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料;并具有較高的高溫強(qiáng)度，良好的抗氧化和抗腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。高溫合金為單一奧氏體組織，在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性，基于上述性能特點(diǎn)，且高溫合金的合金化程度較高，又被稱為“超合金”是廣泛應(yīng)用于航空、航天、石油、化工、艦船的一種重要材料。按基體元素來分，高溫合金又分為鐵基、鎳基、鉆基等高溫合金。鐵基高溫合金使用溫度一般只能達(dá)到750~780°C，對于在更高溫度下使用的耐熱部件，則采用鎳基和難熔金屬為基的合金。鎳基高溫合金在整個高溫合金領(lǐng)域占有特殊重要的地位，它廣泛地用來制造航空噴氣發(fā)動機(jī)、各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)最熱端部件。若以150MPA-100H持久強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，而目前鎳合金所能承受的最高溫度〉1100C，而鎳合金約為950C，鐵基的合金〈850C,即鎳基合金相應(yīng)地高出150C至250C左右。所以人們稱鎳合金為發(fā)動機(jī)的心臟。目前，在先進(jìn)的發(fā)動機(jī)上，鎳合金已占總重量的一半，不僅渦輪葉片及燃燒室，而且渦輪盤甚至后幾級壓氣機(jī)葉片也開始使用鎳合金。與鐵合金相比，鎳合金的優(yōu)點(diǎn)是：工作溫度較高，組織穩(wěn)定、有害相少及抗氧化搞腐蝕能力大。與鉆合金相比，鎳合金能在較高溫度與應(yīng)力下工作，尤其是在動葉片場合。鎳合金具有上述優(yōu)點(diǎn)與其本身的某些卓越性能有關(guān)。鎳為面心立方體，組織非常穩(wěn)定，從室溫到高溫不發(fā)生同素異型轉(zhuǎn)變；這對選作基體材料十分重要。眾所周知，奧氏體組織比鐵素體組織具有一系列的優(yōu)點(diǎn)。鎳具有高的化學(xué)穩(wěn)定性，在500度以下幾乎不發(fā)生氧化，學(xué)溫下也不受溫氣、水及某些鹽類水溶液的作用。鎳在硫酸及鹽酸中溶解很慢，而在硝酸中溶解很快。鎳具有很大的合金能力，甚至添加十余種合金元素也不出現(xiàn)有害相，這就為改善鎳的各種性能提供潛在的可能性。純鎳的力學(xué)性能雖不強(qiáng)，但塑性卻極好，尤其是低溫下塑性變化不大。下面是對不同類別的高溫合金有不同的用處的簡析：1、 高溫合金又叫熱強(qiáng)合金、超級合金。按基體組織材料可分為三類：鐵基、鎳基和鉻基。鐵基高溫合金一一此類合金又分為固溶強(qiáng)化合金和時效硬化合金。時效硬化合金包括PyrometA-286、901、V-57、CTX-1、CTX-909合金和Thermo-Span合金。這些合金均包含鈮及（或）鈦和鋁。經(jīng)固溶時效硬化處理后，在595?705C下具備良好的強(qiáng)度與硬度。鎳基高溫合金一一此類合金又分為非時效硬化合金和時效硬化合金。含鉻量約20%,而鎳含量為50%?80%。典型的時效硬化合金有:Waspaloy、Pyromet720、和Pyromet41、80A、X-750和751合金,這些合金的適用溫度最高為870C。固溶強(qiáng)化合金（Pyromet102、680和625合金）最高工作溫度達(dá)1205C。鉆基高溫合金此類合金的代表是L-605。除含有鎳、鐵、鉻和鎢外，其鉆含量達(dá)50%;它屬展延性合金,工作溫度最高約1040C;此類合金還包括MP159和188合金。此類合金尤其適用于需耐硫腐蝕的環(huán)境。2、 按生產(chǎn)方式可分為變形高溫合金與鑄造高溫合金。按強(qiáng)化機(jī)理可分為碳化物強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、時效強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化。1）、鑄造高溫合金鑄造高溫合金及制品主要以航空、航天發(fā)動機(jī)，地面燃機(jī)等動力機(jī)械為服務(wù)對象，其發(fā)展主要以動力機(jī)械需求為牽引。鑄造高溫合金及制品對原材料要求高，制備工藝復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量控制嚴(yán)格，行業(yè)準(zhǔn)入門檻高，國內(nèi)外具有研制和生產(chǎn)鑄造高溫合金能力的企業(yè)數(shù)量有限。近年來，國內(nèi)外鑄造高溫合金發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為：1）在等軸晶方面不再投入大量的人力和物力進(jìn)行新合金的研制，而是通過工藝水平的提高，挖掘合金的潛能，提高等軸晶鑄件的使用性能，因而高性能等軸晶的發(fā)展是一個重要的方向。2）目前各種先進(jìn)鑄件制造技術(shù)和設(shè)備在不斷開發(fā)和形成，如細(xì)晶工藝、熱控凝固、真空離心鑄造技術(shù)等，許多大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)高溫合金鑄件制造成功，并付諸應(yīng)用，特別是越來越呈現(xiàn)出材料和工藝互相影響和促進(jìn)的趨勢。發(fā)達(dá)國家在鑄造高溫合金材料上將集中于少數(shù)極端工作條件的關(guān)鍵需求上，如適用于超高溫、大應(yīng)力、富氧或腐蝕環(huán)境等。同時，繼續(xù)開發(fā)新技術(shù)，并提咼現(xiàn)有技術(shù)的控制水平，從而提高各種高溫合金鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量一致性和可靠性。3）定向、單晶高溫合金研究方興未艾，新型合金不斷涌現(xiàn)，定向凝固合金已出現(xiàn)三代，單晶合金發(fā)展到5代，材料本體承溫能力達(dá)到1200°C，基本達(dá)到此類材料的極限。2）、變形高溫合金變形高溫合金在國內(nèi)外發(fā)展基本比較平穩(wěn)，美國變形高溫合金年產(chǎn)量約4萬噸左右，我國約5000噸左右。變形高溫合金在航空發(fā)動機(jī)中至今仍然是主要用材，隨著其他產(chǎn)品的日益成熟，變形高溫合金的用量可能會有所減少，但這個過程比較漫長。而且，通過改進(jìn)現(xiàn)有變形高溫合金的綜合性能、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、降低制造成本，變形高溫合金至少在數(shù)十年內(nèi)仍是航空發(fā)動機(jī)的主要用材。目前，國內(nèi)的變形高溫合金使用可分為兩大類：一是軍用，主要用戶為航空、航天、艦用等領(lǐng)域，軍品的特點(diǎn)是高牌號、高使用性能、高精度、種類規(guī)格繁多。二是民用，主要在石油化工、能源動力、冶金與環(huán)保等諸多民用工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，尤其是近幾年來，隨著產(chǎn)品的升級換代，高溫服役的部件使用溫度提高，許多原先使用耐熱鋼、不銹鋼部件都逐漸使用高溫合金和耐蝕合金取代，對高溫合金及耐蝕合金的需求量非常大。民用變形高溫合金產(chǎn)品種類主要有不同規(guī)格的鍛棒、軋棒、板材、帶材、絲材、管材等。（3）新型高溫合金新型高溫合金包括粉末高溫合金、鈦鋁系金屬間化合物、氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）高溫合金、耐蝕高溫合金、粉末冶金及納米材料等多種細(xì)分產(chǎn)品領(lǐng)域。1）粉末高溫合金處于第三階段，同時具有高強(qiáng)度、高使用溫度及高抗裂紋擴(kuò)展能力，粉末高溫合金材料及制件已經(jīng)在國外獲得了廣泛的應(yīng)用。2）鈦鋁系金屬間化合物的各個合金均在我國航空、航天和兵器領(lǐng)域開始應(yīng)用，應(yīng)用進(jìn)展明顯快于國外。3） 氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）高溫合金主要用于航空航天等軍工領(lǐng)域。4） 耐蝕高溫合金主要用于替代耐火材料和耐熱鋼，目前在化纖等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。5） 粉末冶金及納米材料固體自潤滑軸承、新型耐磨高韌性硬質(zhì)合金、新型高溫固體自潤滑密封件等已經(jīng)在相關(guān)行業(yè)逐步得到推廣。我國高溫合金的發(fā)展與展望自1956年第一爐高溫合金GH3030試煉成功，迄今為止,我國高溫合金的研究生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)歷了50多年的發(fā)展歷程?目前，已有GH系變形高溫合金和K系鑄造高溫合金?？梢哉f，我國已具備了高溫合金新材料、新工藝自主開發(fā)和研究的能力，進(jìn)行應(yīng)用研究和對材料進(jìn)行評估的能力以及進(jìn)行故障分析的能力，可以解決航空、航天及其它工業(yè)部門生產(chǎn)和發(fā)展中所遇到的各種高溫合金材料問題。 50多年來由于需求的推動，全國科技人員和企業(yè)共同努力，我國逐步形成了獨(dú)有的高溫合金體系，其特點(diǎn)是牌號多，性能相近的合金不少，因而本來生產(chǎn)量很小，工藝和性能難以穩(wěn)定的問題更加突出.造成這種局面的主要原因是每引進(jìn)一種發(fā)動機(jī)，就要試制一批合金，再加我國自行研制的合金品種的不斷增加，因而造成我國高溫合金品種的多樣化，但是最根本的原因是我們對每個合金的深入研究不夠，對每個合金的特點(diǎn)不能做出有說服力的判斷，再加上合金研制與設(shè)計人員溝通不夠，以及國家在這方面沒有明確的政策，造成合金的品種增加多，淘汰少，從而形成當(dāng)前如此局面，這是留給高溫合金工作者和發(fā)動機(jī)設(shè)計人員的一個復(fù)雜而艱巨的任務(wù).應(yīng)該指出，要想合理地解決這一問題，必須發(fā)揚(yáng)民主，軍民結(jié)合，發(fā)揚(yáng)全國一盤棋的精神，形成一個和諧的集體，使我國高溫合金體系建立在一個更堅實(shí)的基礎(chǔ)上。高溫合金發(fā)展的趨勢是進(jìn)一步提高合金的工作溫度和改善中溫或高溫下承受各種載荷的能力，延長合金壽命。就渦輪葉片材料而言，單晶葉片將進(jìn)入實(shí)用階段，定向結(jié)晶葉片的綜合性能將得到改進(jìn)。此外，有可能采用激冷態(tài)合金粉末制造多層擴(kuò)散連接的空心葉片，從而適應(yīng)提高燃?xì)鉁囟鹊男枰?。就?dǎo)向葉片和燃燒室材料而言，有可能使用氧化物彌散強(qiáng)化的合金，以大幅度提高使用溫度。為了提高抗腐蝕和耐磨蝕性能，合金的防護(hù)涂層材料和工藝也將獲得進(jìn)一步發(fā)展。四、高溫合金的切削加工性對于鎳合金、鈦合金以及鈷合金等高溫合金來說，耐高溫的特性直接提高了加工難度。在加工時的重切削力和產(chǎn)生的高溫共同作用下，使刀具產(chǎn)生碎片或變形，進(jìn)而導(dǎo)致刀具斷裂。此外，大多數(shù)此類合金都會迅速產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。工件在加工時產(chǎn)生的硬化表面會導(dǎo)致刀具切削刃在切深處產(chǎn)生缺□，并使工件產(chǎn)生不良應(yīng)力，破壞加工零件的幾何精度。加工鈦合金同樣面臨這些問題。盡管加工鈦合金所需的切削力只比鋼稍微高一點(diǎn)，但由于鈦合金的特殊性能，使加工它比加工同等硬度的鋼要困難得多。咼溫合金在切削過程中有以下特點(diǎn)：1、 塑性變形大。由于高溫合金中有大量的奧氏體組織存在，所以高溫合金的塑性變形很大。2、 切削力大。高溫合金在較高溫度下，仍有較高的物理機(jī)械性能，使切削力增大。通常，切削高溫合金的單位切削力要比切削中碳鋼高1?3倍。3、 加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重。高溫合金的硬度在常溫下一般不高，但塑性變形大，使已加工表面產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。另外，在切削溫度作用下，合金中的強(qiáng)化相從固溶體中分解出來，呈極細(xì)的彌散相分布、進(jìn)一步增大了硬化程度。切削高溫合金時，已加工表面的硬度要比基體硬度高50%?100%。4、 切削溫度高，刀具易磨損。切削高溫合金時，產(chǎn)生較大的塑性變形，刀具與工件間的摩擦加劇，切削力增大，因此產(chǎn)生大量的切削熱。因高溫合金的導(dǎo)熱系數(shù)低，所以高溫合金的散熱性很差，使切削溫度升高。由于高溫合金的高溫強(qiáng)度高，加工硬化嚴(yán)重，而且高溫合金中含有許多金屬碳化物、氮化物、硼化物以及金屬間化合物等構(gòu)成的硬質(zhì)點(diǎn)，因此刀具的機(jī)械摩損嚴(yán)重。又由于切削力大，切削溫度高，在高溫高壓下，使刀具一切屑接觸面產(chǎn)生粘結(jié)，造成刀具的粘結(jié)磨損。在較高的切削溫度下，刀具材料中某些合金元素如鎢、鉆、鈦、鈮等，將向工件及切屑中擴(kuò)散，造成擴(kuò)散磨損。五、高溫合金的加工方法（工藝）1、 盡量在硬化期前加工合金許多類鎳合金和鈦合金都有硬化期，這意味著合金的硬在熱處理后急劇上升，使晶相排列發(fā)生變化，強(qiáng)度提高，研磨性提高，因而加工難度也就增大，因此，我們應(yīng)該在合金硬度較小的階段加工，典型方法是：最好在固融退火條件下將工件加工到接近最終尺寸，然后再熱處理強(qiáng)化，在硬化期后，如果表面精度已經(jīng)達(dá)到要求，只需要進(jìn)行最后的精整工序。2、 使用鋒利的銳角切刃的刀具同樣的原因，輕微磨過的切刃或者鋒利的銳角切刃提高加工效率。鈍角刀刃會導(dǎo)致切削力增加、積屑、材料撕裂、變形、使表面精度降低。因?yàn)殇J角刀刃強(qiáng)度較低，較易發(fā)生崩刃，所以在對表面要求較低的粗加工中，應(yīng)該使用輕微磨過的切刃，銳角刀刃則用于精加工。3、 使用強(qiáng)度高的幾何外形的刀具只要加工要求允許，就應(yīng)該盡可能使用刀尖半徑較大的刀具。較大的刀尖半徑，可以使更多的刀刃投入切削，減小了每一點(diǎn)的受力，從而可以避免由于局部應(yīng)力集中而導(dǎo)致的刀具斷裂。4、 采取提高鋼度措施的刀具加工過程中，刀具振動會影響工件表面精度和刀具壽命，而提高刀具鋼度可以減少振動，同時鋼度提高也有利于保證嚴(yán)格的公差要求。5、 防止工件偏移鈦合金的柔韌性相對較大，因此需要采取一些特殊措施防止工件的移動。比如使用填充金屬或者特殊的夾具。6、 在鉆削加工中，采用較大的導(dǎo)程角大的導(dǎo)程角有助于盡量減少刀具缺口，特別是在切削深度線位置，由于有更多的刀刃參加了切削，刀具損壞的可能性也就相應(yīng)降低。7、 當(dāng)走刀次取大于1時，改變切削深度切削深度線位置的缺口是由于工件表面引起的，在重復(fù)的走刀路徑上使用不同的切削深度，工件的材料就可以接觸到刀刃的不同部位，從而分散了損壞的可能性。高溫合金的加工方法（刀具）目前用來加工高溫合金刀具種類很多。主要有：1、 金剛石刀具和CBN刀具在加工高硬度合金（包括超耐熱合金）時，經(jīng)常要使用CBN刀具。比如，在進(jìn)行精加工或半精加工時，使用CBN刀具效果很好。盡管CBN的價格相對較高，但是它們提高的耐磨性是物有所值的。CNN刀具的高硬度和高熔點(diǎn)使它可以承受住加工時產(chǎn)生的高溫高壓，保證切削刃的鋒利。2、 陶瓷刀具普通的陶瓷刀具，氯化硅刀具、氧化鋁刀具都能夠用來加工耐高溫合金。由于陶瓷刀具對已加工表面產(chǎn)生不良影響，陶瓷刀具一般只能用于粗加工。不過，一些硬度高的陶瓷刀具可以用于半精加工。Al3o2—TiC硬陶瓷刀具可以承受很高的加工速度。但是這種材料的刀具更易于產(chǎn)生切削深度線處的缺口和碎片，尤其是在加工表面帶有砂垢的鑄件時，更容易產(chǎn)生這種現(xiàn)象。氯化硅、硅鋁氧氮聚合材料及碳化硅陶瓷刀具強(qiáng)度較高，不至于產(chǎn)生切深線處缺口和刀刃碎片現(xiàn)象。但硬度還是比較低而且化學(xué)性能比較活潑。如果使用硅鋁氧氮聚合材料及碳化硅陶瓷刀具的話，切削速度可以提高500，而使用Al3o2—TiC陶瓷刀具則可以將切削速度提高到820。鈦合金的粗加工也用到陶瓷刀具，使用它們來代替燒結(jié)的硬質(zhì)合金刀，允許將速度提高75%。3、涂層硬質(zhì)合金刀具通過化學(xué)汽相沉積或物理汽相沉積處理的涂層刀具應(yīng)用越來越廣。CVD涂層刀具用于加工幾種硬度相對較低的鐵基、鎳基超耐熱合金，比如： Monels、lnconcl6