摘要：高溫合金是以鐵、鎳、鈷系金屬為主材料，通過(guò)添加金屬元素、采用固溶處理或時(shí)效處理強(qiáng)化基體及晶界，使之可以在650℃以上仍保持力學(xué)性能和抗氧化、耐腐蝕性能的合金，此類合金能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作。根據(jù)不同的成形方式，可將高溫合金分為鑄造高溫合金、變形高溫合金和粉末冶金高溫合金三類，本文通過(guò)簡(jiǎn)述四代粉末冶金高溫合金的發(fā)展歷程、對(duì)比國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀，簡(jiǎn)要分析未來(lái)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

　　在航空航天新型發(fā)動(dòng)機(jī)性能不斷提升的背景下，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)內(nèi)部渦輪盤的強(qiáng)韌性、疲勞性能、可靠性及耐久性提出了更高的要求，而高溫合金鑄造及變形工藝中需加入的強(qiáng)化元素較多，導(dǎo)致合金中偏析嚴(yán)重、組織不均勻，已不能滿足內(nèi)部渦輪溫度及壓力的要求。粉末冶金工藝解決了高合金化高溫合金鑄造偏析、熱工藝性能差的缺點(diǎn)，可以進(jìn)一步提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

　　國(guó)外分步提升合金性能，美俄英法等第四代產(chǎn)品成熟

　　國(guó)外粉末高溫合金的發(fā)展歷程有四代，逐步提升合金的耐高溫和承壓能力。目前，美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)和法國(guó)等已研發(fā)出多系粉末高溫合金，建立了自己的合金體系。

　　(1)第一代粉末高溫合金以美國(guó)René95為代表，主要提高了合金的強(qiáng)度。其主要是在變形或鑄造合金的工藝基礎(chǔ)上，降低碳含量并添加元素Nb、Hf形成MC型強(qiáng)碳化物，以防止形成原始晶粒邊界( PPB)，進(jìn)而提高合金的強(qiáng)度。其特點(diǎn)是γ'相(奧氏體晶相)含量高(一般大于45%)，晶粒細(xì)小，抗拉強(qiáng)度高，使用溫度為650℃。

　　(2)第二代粉末高溫合金以美國(guó)René88DT為代表，主要提高了合金的損傷容限。其主要是在René95的基礎(chǔ)上，降低Al、Ti、Nb含量，并提高W、Mo、Co含量，使γ'相含量降低，雖然降低了10%的抗拉強(qiáng)度，但使疲勞裂紋擴(kuò)展速率也降低了50%。其特點(diǎn)是晶粒粗大，蠕變強(qiáng)度、裂紋擴(kuò)展抗力以及損傷容限均比第一代高，最高使用溫度達(dá)到700～750℃。

　　(3)第三代粉末高溫合金以美國(guó)René104、ALLOY10、LSHR和英國(guó)RR1000為代表，全面追求綜合性能。這代產(chǎn)品在保證700~750℃使用溫度的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變合金內(nèi)添加金屬的比例，大幅提高了合金強(qiáng)度、損傷容限、耐高溫性和使用壽命，γ'相含為45～55%。

　　(4)第四代粉末高溫合金是在第三代的基礎(chǔ)上，繼續(xù)調(diào)整金屬成分和制造工藝來(lái)追求更高的工作溫度。目前美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)和法國(guó)等開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品較為成熟，工作溫度可達(dá)815℃，還具有強(qiáng)度高、損傷容限大的性能特點(diǎn)(見(jiàn)表1)。

　　表1 粉末高溫合金的發(fā)展歷程

　　(數(shù)據(jù)來(lái)源：《第四代粉末高溫合金成分選取范圍研究》)

　　國(guó)內(nèi)合金前三代技術(shù)成熟，第四代工作溫度提至815℃

　　目前國(guó)內(nèi)研發(fā)的粉末冶金高溫合金也分為四代。其中，第一代粉末冶金高溫合金FGH95在650 ℃的工作溫度下，屈服強(qiáng)度為1136～1243Mpa、抗拉強(qiáng)度為1410～1576MPa，為高強(qiáng)型合金;第二代FGH96、FGH97在750℃的工作溫度下，屈服強(qiáng)度為950Mpa、抗拉強(qiáng)度為1185 Mpa，較第一代強(qiáng)度下降了約10%，但抗裂紋擴(kuò)展能力提高了一倍，為高損傷限容性合金;第三代FGH98、FGH99平衡了溫度和強(qiáng)度性能，在700℃工作條件下，屈服強(qiáng)度為900 MPa，抗拉強(qiáng)度為1300 Mpa。第四代的高溫合金目前還處于研制階段，國(guó)內(nèi)鋼鐵研究總院、中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院、北京科技大學(xué)、中南大學(xué)等已有一些產(chǎn)品小樣，如鋼鐵研究總院研發(fā)的幾種第四代產(chǎn)品中，有一種產(chǎn)品能在815℃溫度下，達(dá)到屈服強(qiáng)度為1145.5Mpa、抗拉強(qiáng)度為1614Mpa、塑性伸長(zhǎng)率0.120%、持久壽命457.4h的性能。

　　表2國(guó)內(nèi)四代粉末合金性能對(duì)比

　　(數(shù)據(jù)來(lái)源：《一種粉末高溫合金及其制備方法》)

　　結(jié)語(yǔ)

　　發(fā)展粉末冶金工藝是提升航空航天新型發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要路徑之一，我國(guó)在粉末高溫合金領(lǐng)域進(jìn)步較大，已有三代產(chǎn)品投入工業(yè)應(yīng)用，但與美、歐、俄羅斯等航空強(qiáng)國(guó)相比還有一定差距，目前各大高校機(jī)構(gòu)已有第四代產(chǎn)品小樣，工作溫度達(dá)到815℃，而國(guó)外的產(chǎn)品在815~850℃之間。粉末高溫合金未來(lái)工藝的研發(fā)方向還將沿著在提高工作溫度的基礎(chǔ)上，繼續(xù)提高產(chǎn)品的強(qiáng)度、抗蠕變性能和使用壽命。