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航空材料之高温合金材料大全

航空材料之高温合金

航空材料分两大类:钢铁材料和非钢铁材料。钢铁材料按其用途可分为结构钢、不锈钢、高温合金等。非钢铁材料按其合金类型可分为钛合金、铝合金、镁合金、铜合金等。其中以高温合金最难加工,以下细说一下高温合金的分类及用途。


高温合金硬度虽然不高,但韧性大,且具有多种元素分散,硬度高、比重小、熔点高的特点,造成切削困难。其优异的抗高温强度、良好的抗疲劳强度及断裂韧性等综合性能较高,广泛应用于宇航、核电、舰载机、汽轮机、火箭、柴油机。


A按工艺来分:

一、变形高温合金

1.铁基变形高温合金(14个):

GH1015    950℃以下,航空发动机燃烧室板材结构件  

GH1016    950℃以下,航空发动机燃烧室板材结构件

GH1035    900℃以下,航空发动机燃烧室、涡轮外环、排气装置等零件

GH1035A  750℃以下,航空发动机涡轮内外环及其他高温零部件

GH1131    700-1000℃火箭发动机和700-750℃航空发动机高温部件

GH1140    850℃以下,航空发动机和燃气轮的高温部件、板材结构件

GH2036    600-650℃航空发动机涡轮盘、承力环、紧固件,柴油机、汽轮机的增压涡轮叶片和其他高温部件

GH2132    650℃以下,航空发动机高温承力部件,涡轮盘、压气机盘、转子叶片和紧固件

GH2150    700℃以下,喷气发动机焊接承力结构件和600℃以下燃气轮机转子、压气机叶片 

GH2302    700℃以下短时可至850℃,航空发动机加力燃烧室零件及工业涡轮零件

GH2696    650℃以下,涡轮和压气机紧固件、盘件和工作叶片、涡轮壳体、环形零件 

GH761     750℃以下,涡轮盘、高温承力部件

GH903     650℃以下,航空发动机涡轮机匣

GH907     650℃以下,航空发动机环形件和机匣


2.镍基变形高温合金(31个):

GH3030   800℃以下,涡轮发动机燃烧室部件  

GH3039   800℃以下,航空发动机燃烧室和加力燃烧室零部件  

GH3044   900℃以下,航空发动机燃烧室和加力燃烧室零部件、隔热屏、导向叶片

GH3128   950℃以下,航空发动机燃烧室火焰筒、加力燃烧室壳体、调节片、高温零部件

GH3536    900℃以下,航空发动机燃烧室部件

GH3625    低温到980℃,航空发动机零部件,航天结构部件和化工设备

GH4033    900℃以下,航空发动机转子 

GH4037    850℃以下,航空发动机涡轮叶片

GH4049    900℃以下,航空发动机涡轮叶片、承力件

GH4099    900℃以下,航空发动机燃烧室和助力燃烧室板材结构件   

GH4133    750℃以下,航空发动机涡轮盘和工作叶片等重要承力件

GH4133B  750℃以下,航空发动机涡轮盘和工作叶片等重要承力件

GH4169    650℃以下,屈服强度居首位,涡轮盘、环形件、叶片、轴、紧固件、弹性元件、板材结构件、机匣

GH4220    950℃以下,航空发动机涡轮叶片等转动部件

GH4698    750-800℃,航空发动机涡轮盘、压气机盘、导流片、承力环等重要承力零件

GH4080A  700-800℃,航空发动机转子叶片、导向叶片支座、螺栓、叶片锁板等零件

GH4090    815-870℃,航空涡轮发动机涡轮盘、叶片、高温紧固件、卡箍、密封圈

GH4093   815℃以下,航空发动机涡轮叶片,小型发动机涡轮盘和紧固件

GH4105   750-950℃,航空发动机涡轮叶片、高温螺栓等高温零部件

GH4141   870℃以下,要求有高强度的零部件;980℃以下,要求抗氧化的零部件 

GH4145   800℃以下,汽轮机叶片、耐腐蚀环形件、结构件

GH4163   800℃以下,航发发动机燃烧室及加力燃烧室零部件

GH4170   1000℃用于发动机燃烧室和其他高温部件,1100-1200℃用于火箭发动机喷管

GH4500   870℃以下,燃气涡轮发动机转动部件及承力件

GH4600   1100℃以下,低载荷抗氧化零件

GH4652   1100℃以下,航空发动机燃烧室及加力燃烧室零部件 

GH4706   700℃以下,环形件

GH4710   980℃以下,涡轮转子叶片和盘件 

GH4738   815℃以下,航空发动机转动部件

GH4742   550-800℃以下,高应力下工作的涡轮盘、压气机盘、轴、承力环和紧固件零件

GH4901   650℃以下,航空及地面燃气涡轮发动机的转动盘形件


3.钴基变形高温合金(3个):

GH5188  980℃以下,航空发动机有强度要求的零件,1100℃以下有抗氧化要求的部件 

GH6159  650℃以下,航空发动机紧固零件,耐腐蚀环境下服役的飞机用高强度零件

GH5605  1090℃以下,航空发动机燃烧室和导向叶片,也可用于航天发动机结构件


二、铸造高温合金(先进:涡轮叶片、导向叶片)

1.等轴晶铸造高温合金(26个):

K213    750℃以下,增压器、燃气轮机、烟气轮机动静叶片

K403    1000℃以下,燃气涡轮导向叶片,900℃以下,涡轮转子叶片

K405    950℃以下,燃气涡轮转子叶片

K406    850℃以下,燃气涡轮转子叶片和导向叶片

K406C  850℃以下,涡轮转子叶片、导向叶片、整体涡轮及燃气腐蚀环境下的工作零件

K409    950℃以下,航空发动机和工业燃气轮机叶片

K417    950℃以下,燃气涡轮零件

K417G  950℃以下,燃气涡轮叶片、导向叶片

K417L   900℃以下,燃气涡轮发动机涡轮导向叶片

K418     900℃以下,燃气轮机涡轮转子叶片、导向叶片和整体涡轮

K418B   900℃以下,燃气涡轮导向叶片和转子叶片以及整体涡轮

K419     1000℃以下,燃气轮空心叶片和整体铸造涡轮等高温零件

K423     1000℃以下,燃气涡轮的导向叶片和整铸导向器

K423A   1000℃以下,燃气涡轮的导向叶片和整铸导向器

K424     950℃以下,涡轮转子叶片、整铸涡轮、发动机尾喷调节片

K438     900℃以下,舰船、燃气轮机的涡轮叶片和导向片,航空发动机的涡轮零件

K438G  900℃以下,燃气轮机叶片、海上飞机及舰艇燃气涡轮零件

K441     1050℃以下,燃气涡轮导向叶片和其他承受高温工作的零部件

K477     900℃以下,航空燃气涡轮外环等高温零件

K480     950℃以下,航空发动机和海洋条件下工作的燃气轮机涡轮叶片

K491     850℃以下,涡轮增压器叶片

K4002   1000℃以下,涡轮叶片、整铸涡轮

K4169   650℃以下,发动机叶片、机匣

K4537   850℃以下,燃气轮机动叶片

K640     1000℃以下,导向叶片

K825     1000℃以下,短期工作点火器分流器


2.定向凝固柱晶高温合金(9个):

DZ404       1000℃以下,涡轮叶片、1050℃以下,导向叶片

DZ505       1000℃以下,涡轮叶片、导向叶片

DZ417G     980℃以下,涡轮叶片、导向叶片

DZ422       1000℃以下,涡轮叶片、1050℃以下,导向叶片

DZ422B     1000℃以下,涡轮叶片

DZ438G     900℃以下,燃气涡轮叶片

DZ640M    1050℃以下,导向叶片

DZ4125      1000℃以下,涡轮叶片、1050℃以下,导向叶片

DZ4125L    1000℃以下,涡轮叶片、1050℃以下,导向叶片


3.单晶高温合金(5个):

DD403     1040℃以下,涡轮叶片、1100℃以下,导向叶片

DD404     1000℃以下,涡轮叶片、1050℃以下,导向叶片 

DD406     1100℃以下,涡轮叶片

DD408     1000℃以下,涡轮叶片

DD402     1050℃以下,涡轮叶片


4.金属间化合物基铸造高温合金(2个):

JG4006    1150℃以下,导向叶片

JG406A    1150℃以下,导向叶片


B按元素来分:  

铁基高温合金(燃烧室部件、涡轮盘、机匣、轴类)、镍基高温合金(涡轮盘可达850,涡轮叶片可达950,燃烧室部件可达1000) 、钴基高温合金、铬基高温合金

C强化方法分:

固溶强化、沉淀强化、弥散强化


高推动比:GH4169   GH742   GH159   GH907


刀具加工高温合金材料过程中:

1.在切削区产生较高的温度,因导热系数低、不易扩散造成刀具刃口迅速磨损,切削温度应保持在一定温度区间。

2.高温合金的特性决定了刀具加工的切削力比3C行业刀具切削力更大。

3.加工过程中高温合金冷作硬化现象严重,在表层产生较高的硬度,在粗加工完后应立即离开被加工区域,以免造成硬化严重,导致后续加工刀具剧烈磨损。

三 3D打印(增材制造)用高温合金粉末

GH4169合金粉末  650℃以下,导向叶片

GH3536合金粉末  900℃以下,导向叶片

GH3625合金粉末  950℃以下,导向叶片

GH3230合金粉末  700-1050℃以下,导向叶片

GH4099合金粉末  900℃以下,导向叶片

高温合金的物性参数表:

主要产品 Main products

Inconel625合金

Inconel718合金

化学成分 Composition

Ni (≥58 %)
Cr (20-23 %)
Mo(8-10 %)
Nb(3.15-4.15 %)
Fe (≤5.0 %)
Co (≤1.0 %)
Ti、Al(≤0.4 %)
Mn、Cu、Si(≤0.5 %)
C (≤0.1wt-%)
O (≤500ppm)

Ni (50-55 %)
Cr (17-21 %)
Mo(2.8-3.3 %)
Nb(4.75-5.5 %)
Fe (balance)
Co (≤1.0 %)
Ti (0.65-1.15 %)
Al (0.2-0.8 %)
Mn、Cu、Si(≤0.35 %)
C (≤0.08wt-%)
O (≤500ppm)

力学性能 Mechanical Properties

抗拉强度 800-950MPa
屈服强度 600-700MPa
延伸率 ≥15%

抗拉强度 1200-1300MPa
屈服强度 1000-1100MPa
延伸率 5-10%

使用SLM工艺打印的高温合金验证零件(直径860mm)

打印航空件.jpg

二维码弗.png


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