高温合金加工特点

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，又被称为“超合金”，主要应用于航空航天领域和能源领域。

高温合金一般可划分为铁合金、钛合金以及钴合金，这类合金具有耐高温的特性，但是这增加了其加工难度。通常在加工过程中的切割力和高温共同作用下，加工的合金很易变形或者破碎，进而会使加工件毁坏。部分的合金在加工过程中会产生表面硬化现象，这会导致工件受力不均匀，极易对加工的零件精度造成影响。

在钛合金加工过程中会出现上述问题。加工钛合金需要的切削力较强，远高于钢需要的切削力，但是钛合金本身具有的特殊性，同样造成了加工困难。主要的原因有：

1、高温合金包括钛合金在加工过程中极易硬化;

2、钛基的合金导热性能比较差，这就使得加工过程中产生的热量全部聚集在刃上;

3、钛合金的弹性较差，在进行切削时，使工件的精度容易受到影响;

4、在所有的合金中，钛合金化学性能是最为活泼的。

这就导致在加工过程中易发生化学反应，使工件产生质量问题。这说明了高温合金的加工需要特殊的加工技术来实现。

我国高温合金的发展可分为三个阶段。

第一阶段是指从1957年至1970年左右，这是我国高温合金的产生和起步阶段，在苏联专家的指导下研制出第一种高温合金(GH3030)。这个阶段主要仿制前苏联高温合金，例如GH4033、GH4037系列的和K403、K406的等。

第二阶段是指20世纪70年代到90年代后期这段时间，这是我国高温合金的开始发展阶段。参照国外的技术标准同，进行研制和生产工作，在生产过程中建立严格的质量管理体系，学习国外的质量检测标准，加强对材料质量控制和质量检测工作。这一阶段，将传统的工艺同西方的先进工艺相融合，研制成功了多种新型的高温合金，同时我国高温合金的生产工艺技术得到了提高，产品质量方面达到了一个新的高度.甚至达到了西方发达国家的技术水平。

第三阶段是从20世纪末至今这段时间，这是我国高温合金快速发展的阶段。该阶段，我国自主开发出一系列新工艺，研制出一批具有高性能、高档次的新型高温合金。例如，粉末涡轮盘材料FGH4095和FGH4096两种;还研制了氧化物强化高温合金MGH4755;还有其他的一大批单晶高温合金、凝固柱晶合金、低膨胀系数合金和耐热腐蚀合金。取得了一系列优秀的成果。

目前，我国已经建成了多个高温合金研制和生产基地，这些基地有着较先进的生产设备，并且初具生产规模。

在这些基地中有变形高温合金生产厂，例如东北特殊钢集团抚顺特殊钢公司和宝钢股份公司特钢事业部等;还有锻件的热加工厂，例如西南铝业公司和第二重型机械集团万航模锻厂等;也形成了一批研究单位，这些单位研究水平高，研究设备齐全，主要有钢铁研究总院、北京航空材料研究院和中国科学院金属研究所等，还有一些高校的实验室，也具有一定的研发能力。

现在，我国具备了对高温合金材料进行应用研究以及对该材料进行评估的能力，甚至也具备故障分析的能力.基本可自己独立解决航空、航天等部门遇到的各种高温合金问题。

高温合金由于具有良好的高温蠕变性能，优异的抗腐蚀性能和磨蚀性能，以及良好的长期组织稳定性和工艺性能，在能源工业领域中的应用愈来愈重要，愈来愈广泛。

1、航空航天领域的应用

高温合金从诞生起就用于航空发动机，在现代航空发动机中，高温合金材料的用量占发动机总重量的40%～60%，主要用于四大热端部件：燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘，此外，还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。

航空航天产业属于战略性先导产业，世界航空航天市场总额已高达数千亿美元，并且正以每年10%左右的速度稳步增长。

2、燃气轮机领域的高温合金需求状况

燃气轮机是高温合金的另一个主要用途。燃气轮机装置是一种以空气及燃气为介质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机。燃气轮机的基本原理与蒸汽轮机很相似，不同处在于工质不是蒸汽而是燃料燃烧后的烟气。燃气轮机属于内燃机，所以也叫内燃气轮机。构造有四大部分：空气压缩机，燃烧室，叶轮系统及回热装置。

燃气轮机的最大优点是不需连杆、曲柄、飞轮等装置，又不需锅炉，因此体积小、重量轻，功率大到100000～200000千瓦，效率高达60%，广泛用于船舶动力、发电等。

因燃气轮机喷射到叶轮上的气体温度高达1300℃，因此叶轮需要用高温合金来制造。

从国际发展的趋势来看，为了提高热效率和增加机动性，需要发展大功率的(大于100MW)工业燃气轮机组，这对材料提出了更高的要求。以涡轮叶片为例，因采用劣质燃料，加上地面工况条件差，特别是在高温下( 1300℃)、连续工作时间很长(以万小时计)，更需要耐热腐蚀、抗冲刷的高温合金和耐热涂层。目前我国每年花费在进口涡轮叶片备件上就达上亿美元。国内燃气轮机发展前景为高温合金的使用提供了巨大的空间，而且每年的备件供应将是非常稳定的需求，初步估计市场空间在10亿元以上。

3、汽车废气增压器涡轮

汽车废气增压器涡轮也是高温合金材料的重要应用领域。废气增压器涡轮生产在国外已有60多年的历史。目前，国外的重型柴油机增压器配置率100%，中小型柴油机也在不断地增大其配置比例，如英、美、法等国家已达80%左右。

废气涡轮增压器具有减少有害排放、降低噪声污染、提高机械效率、提升功率等优点。目前，我国涡轮增压器生产厂家所采用的涡轮叶轮多为镍基高温合金涡轮叶轮，它和涡轮轴、压气机叶轮共同组成一个转子。

据中国汽车工业协会2009年2月4日发布的统计显示，2008年，汽车累计产销934.51万辆和938.05万辆，同比增长5.21%和6.70%，汽车销量比2003年的439万辆翻了一番。由此推算，2008年中国汽车工业仅涡轮转子对高温母合金的需求就在1,900吨以上。此外内燃机的阀座、镶块、进气阀、密封弹簧、火花塞、螺栓等都可以采用铁基或镍基高温合金。

4、原子能工业市场

原子能工业使用的高温合金包括：燃料元件包壳材料、结构材料和燃料棒定位格架，高温气体炉热交换器等，均是其他材料难以代替的。我国要陆续建成10座60万千瓦的核电站。每座60万千瓦的核电站需用蒸发器 U 形传热管100吨。此外，还有大量的堆内构件用不锈钢精密管和控制棒、核燃料包套管等。这样仅一座60万千瓦的核电站堆芯约需要各类核级用管600多吨。

核电用高温合金目前不属于本公司主要市场，但随着核电发电设备逐步实现国产化，将带动对国产高温合金的需求。核电用高温合金市场将是公司未来着力进入的目标市场。

5、其它领域的高温合金需求

高温合金材料在玻璃制造、冶金、医疗器械等领域也有着广泛的用途。在玻璃工业中应用的高温合金零件多达十几种，如：生产玻璃棉的离心头和火焰喷吹坩埚，平板玻璃生产用的转向辊拉管机大轴、端头和通气管、玻璃炉窑的料道、闸板、马弗套、料碗和电极棒等。冶金工业的轧钢厂加热炉的垫块、线材连轧导板和高温炉热电偶保护套管等。医疗器械领域的人工关节等。

通过以上分析，高温合金有着一个庞大的国内外市场。随着中国工业的持续发展，高温合金的市场将稳定的增长。

最初，由于高温合金材料的制造工艺较复杂，甚至不能量产，故主要应用在在航空航天领域。随着技术的发展和产量的提高，其逐渐被应用到电力、汽车和冶金等工业领域。随着科学技术不断的进步，新型高温合金材料层出不穷，市场对高温合金的需求将进一步扩大。

目前，随着应用领域的扩大，国际市场上消耗的高温合金材料数量不断增多.年消耗量基本达到三十万吨。我国的高温合金材料每年产量约一万吨，但是需求量每年约两万吨以上，因此市场缺口很大。

我国高温合金的生产与需求不匹配的原因主要有：

1、我国的生产能力不足，能够生产高温合金的企业数量较少，这就导致了生产能力远远达不到市场的需求的数量，个别的高温合金材料还需要进口，尤其是在燃气轮机和核电等领域。

2、现有材料难以满足高端产品的需求。我国的高温合金生产水平虽然有很大提高，但是与美、俄等强国仍有很大差距，导致了现有的高温合金材料不足的现象。这就需要国内高温合金生产企业提高现有的研发能力，同时还要提高生产设备质量，使其具有生产先进高温合金材料的实力。

我国的新型高温合金需求不断增加，主要的原因有：

1、大力发展了航空航天产业.在这一领域不断加强创新，不断研制性能更优的发动机。扩大了高温合金材料的市场，导致了对其需求的增加。

2、这就拉动了对发电设备的需求，特别是其中的关键零部件涡轮盘的需求增加。

3、正在进行研发的燃机组已经有了新的突破，在其实现量产后对高温合金的需求数量也会大幅增多。