燃?xì)廨啓C(jī)用葉片合金的研究進(jìn)展

燃?xì)廨啓C(jī)是一種高效、節(jié)能、低污染的新型動(dòng)力機(jī)械。燃?xì)廨啓C(jī)具有效率高、功率大、質(zhì)量輕、尺寸小、啟動(dòng)快、工程總投資少、運(yùn)行成本低、可采用多種燃料、不用冷卻或少用水和壽命周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于發(fā)電、航空、航天、船艦、坦克、鐵路機(jī)車(chē)的動(dòng)力裝置和天然氣輸送、油田注水、供熱、礦井通風(fēng)等重要領(lǐng)域。其中，葉片材料具有重要作用。
　　燃?xì)廨啓C(jī)是以空氣為介質(zhì)，依靠高溫燃?xì)馔苿?dòng)渦輪機(jī)械連續(xù)做功的大功率、高性能動(dòng)力機(jī)械。其原理是由壓氣機(jī)連續(xù)不斷地從外界大氣中吸入空氣并增壓，壓縮空氣在燃燒室進(jìn)口被噴入燃料進(jìn)行摻混，然后點(diǎn)火燃燒。在短短幾十厘米的距離內(nèi)空氣溫度會(huì)上升數(shù)百甚至上千度，壓力也會(huì)激增。高溫高壓的燃?xì)鈴娜紵页隹趪姵霾㈤_(kāi)始膨脹，同時(shí)推動(dòng)渦輪葉片做功，其中，用高溫合金制造的渦輪葉片起著關(guān)鍵作用。
　　要實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)的大容量、高效率、高性能，提高渦輪前進(jìn)口溫度是最重要的措施和發(fā)展途徑之一。要提高渦輪前進(jìn)口溫度和燃機(jī)性能，關(guān)鍵是提高葉片承溫能力，這與材料承溫能力的提高有關(guān)。
　　與航空發(fā)動(dòng)機(jī)相比，燃?xì)廨啓C(jī)熱鍛零部件的工作環(huán)境要惡劣得多。地面或艦用燃?xì)廨啓C(jī)大多采用柴油，其中含有硫、鈉等雜質(zhì)，會(huì)造成熱腐蝕對(duì)高溫合金部件有較大的破壞作用；艦艇在海中航行，海鹽在空氣中以懸浮顆粒形態(tài)存在。當(dāng)NaCl粒子隨空氣經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)進(jìn)入渦輪，就會(huì)使葉片上沉積Na2SO4等熔鹽膜而發(fā)生熱腐蝕反應(yīng)。地面或艦用燃?xì)廨啓C(jī)要求壽命長(zhǎng)，通常要達(dá)到幾萬(wàn)乃至幾十萬(wàn)小時(shí)；另外，重型燃機(jī)葉片尺寸偏大，給其鑄造工藝帶來(lái)難度。因此，燃?xì)廨啓C(jī)葉片用高溫合金要有良好的高溫強(qiáng)度，良好的抗腐蝕性能，長(zhǎng)期的組織穩(wěn)定性以及良好的工藝性能。
　　燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片主要包括各級(jí)渦輪的工作葉片和導(dǎo)向葉片。導(dǎo)向葉片的第一級(jí)是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上受熱沖擊最大的零件之一。目前，用于導(dǎo)向葉片的材料有鈷基合金FSX-414，鎳基合金GDT-222、ECY(768)，還有部分采用鑄造鎳基合金：IN939、IN738、MarM247LC等。為了滿足更高工作溫度要求，正計(jì)劃采用N5、DS GTD-222等單晶葉片。
　　迄今為止，歐美諸國(guó)及日本已先后開(kāi)發(fā)出多種燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片合金，近年來(lái)，我國(guó)的材料研究學(xué)者及有關(guān)專家也不甘落后，先后開(kāi)發(fā)了幾種燃?xì)廨啓C(jī)用渦輪葉片合金，見(jiàn)表1。
　　表1  我國(guó)研制的幾種燃?xì)廨啓C(jī)用渦輪葉片合金
　　合金名稱
　　合金特性描述
　　K438合金
　　K438合金是由中科院金屬研究所等科研單位開(kāi)始研制的，其化學(xué)成分類似于美國(guó)王牌抗熱腐蝕合金In738。該合金的綜合性能達(dá)到了In738合金的同等水平，具有良好的抗熱腐蝕性能、機(jī)械性能和工藝性能，組織穩(wěn)定，適用于海上和陸基工業(yè)燃汽輪機(jī)。
　　K438G合金
　　K438G合金是為斯貝艦改燃?xì)鉁u輪葉片和導(dǎo)向葉片研制的，其抗熱腐蝕性能與美國(guó)合金In738相當(dāng)，而使用溫度可提高20～25℃。
　　K435，K444，K452和GH4413
　　這四種新研制的抗熱腐蝕高溫合金的抗張強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都明顯優(yōu)于K438合金，而塑性則基本相當(dāng)。
　　G3合金
　　鋼鐵研究總院研制的一種低成本、高性能燃?xì)廨啓C(jī)用定向凝固合金，通過(guò)合金成分的調(diào)整，其具有足夠的抗熱腐蝕性能，足夠的γ'數(shù)量，Ti/Al比大于1，合金使用溫度提高，合金晶界得到強(qiáng)化，經(jīng)濟(jì)性提高。