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《熱加工工藝雜志》2016年第三期

從廣義來講，以鐵堯鎳和鈷為基礎(chǔ)的，同時(shí)工作溫度達(dá)到600℃的金屬材料就是高溫合金[1]。高溫合金在高溫的條件下強(qiáng)度高，具有優(yōu)良的抗氧化性和耐腐蝕性。在高溫甚至超高溫的情況下工作依然不會(huì)受到影響。本文對高溫合金的加工特點(diǎn)堯發(fā)展歷程以及需求進(jìn)行了介紹。

1高溫合金材料的加工特點(diǎn)

高溫合金一般可劃分為鐵合金堯鈦合金以及鈷合金，這類合金具有耐高溫的特性，但是這增加了其加工難度。通常在加工過程中的切割力和高溫共同作用下，加工的合金很易變形或者破碎，進(jìn)而會(huì)使加工件毀壞。部分的合金在加工過程中會(huì)產(chǎn)生表面硬化現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致工件受力不均勻，極易對加工的零件精度造成影響。在鈦合金加工過程中會(huì)出現(xiàn)上述問題。加工鈦合金需要的切削力較強(qiáng)，遠(yuǎn)高于鋼需要的切削力，但是鈦合金本身具有的特殊性，同樣造成了加工困難。主要的原因有：第一，高溫合金包括鈦合金在加工過程中極易硬化[2]曰第二，鈦基的合金導(dǎo)熱性能比較差，，這就使得加工過程中產(chǎn)生的熱量全部聚集在刃上曰第三，鈦合金的彈性較差，在進(jìn)行切削時(shí)，使工件的精度容易受到影響曰第四，在所有的合金中，鈦合金化學(xué)性能是最為活潑的，這就導(dǎo)致在加工過程中易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使工件產(chǎn)生質(zhì)量問題。這說明了高溫合金的加工需要特殊的加工技術(shù)來實(shí)現(xiàn)[3]。

2我國高溫合金的發(fā)展階段

我國高溫合金的發(fā)展可分為三個(gè)階段。第一階段是指從1957年至1970年左右，這是我國高溫合金的產(chǎn)生和起步階段，在蘇聯(lián)專家的指導(dǎo)下研制出第一種高溫合金淵GH3030冤[4-5]。這個(gè)階段主要仿制前蘇聯(lián)高溫合金，例如GH4033堯GH4037系列的和K403堯K406的等[6]。第二階段是指20世紀(jì)70年代到90年代后期這段時(shí)間，這是我國高溫合金的開始發(fā)展階段。參照國外的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[7]，進(jìn)行研制和生產(chǎn)工作,在生產(chǎn)過程中建立嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系，學(xué)習(xí)國外的質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對材料質(zhì)量控制和質(zhì)量檢測工作。這一階段，將傳統(tǒng)的工藝同西方的先進(jìn)工藝相融合，研制成功了多種新型的高溫合金,同時(shí)我國高溫合金的生產(chǎn)工藝技術(shù)得到了提高，產(chǎn)品質(zhì)量方面達(dá)到了一個(gè)新的高度，甚至達(dá)到了西方發(fā)達(dá)國家的技術(shù)水平[8]。第三階段是從20世紀(jì)末至今這段時(shí)間,這是我國高溫合金快速發(fā)展的階段。該階段，我國自主開發(fā)出一系列新工藝,研制出一批具有高性能堯高檔次的新型高溫合金。例如，粉末渦輪盤材料FGH4095和FGH4096兩種[9]曰還研制了氧化物強(qiáng)化高溫合金MGH4755曰還有其他的一大批單晶高溫合金堯凝固柱晶合金堯低膨脹系數(shù)合金和耐熱腐蝕合金。取得了一系列優(yōu)秀的成果[10-11]。目前，我國已經(jīng)建成了多個(gè)高溫合金研制和生產(chǎn)基地[12]，這些基地有著較先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，并且初具生產(chǎn)規(guī)模。在這些基地中有變形高溫合金生產(chǎn)廠，例如東北特殊鋼集團(tuán)撫順特殊鋼公司和寶鋼股份公司特鋼事業(yè)部等[13-14]曰還有鍛件的熱加工廠，例如西南鋁業(yè)公司和第二重型機(jī)械集團(tuán)萬航模鍛廠等;也形成了一批研究單位，這些單位研究水平高，研究設(shè)備齊全，主要有鋼鐵研究總：堯北京航空材料研究：和中國科學(xué)：金屬研究所等，還有一些高校的實(shí)驗(yàn)室，也具有一定的研發(fā)能力，例如北京科技大學(xué)堯東北大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)等，在我國形成了多支專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍，其研發(fā)和生產(chǎn)相結(jié)合，技術(shù)水平較先進(jìn)，自主創(chuàng)新能力也較強(qiáng)�，F(xiàn)在，我國具備了對高溫合金材料進(jìn)行應(yīng)用研究以及對該材料進(jìn)行評(píng)估的能力，甚至也具備故障分析的能力，基本可自己獨(dú)立解決航空堯航天等部門遇到的各種高溫合金問題。

3高溫合金的需求概況

最初，由于高溫合金材料的制造工藝較復(fù)雜，甚至不能量產(chǎn)，故主要應(yīng)用在在航空航天領(lǐng)域。隨著技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)量的提高，其逐漸被應(yīng)用到電力堯汽車和冶金等工業(yè)領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)不斷的進(jìn)步，新型高溫合金材料層出不窮，市場對高溫合金的需求將進(jìn)一步擴(kuò)大。目前，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，國際市場上消耗的高溫合金材料數(shù)量不斷增多，年消耗量基本達(dá)到三十萬噸。我國的高溫合金材料每年產(chǎn)量約一萬噸，但是需求量每年約兩萬噸以上，因此市場缺口很大。我國高溫合金的生產(chǎn)與需求不匹配的原因主要有：第一，我國的生產(chǎn)能力不足，能夠生產(chǎn)高溫合金的企業(yè)數(shù)量較少，這就導(dǎo)致了生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到市場的需求的數(shù)量，個(gè)別的高溫合金材料還需要進(jìn)口，尤其是在燃?xì)廨啓C(jī)和核電等領(lǐng)域。第二，現(xiàn)有材料難以滿足高端產(chǎn)品的需求。我國的高溫合金生產(chǎn)水平雖然有很大提高，但是與美堯俄等強(qiáng)國仍有很大差距，導(dǎo)致了現(xiàn)有的高溫合金材料不足的現(xiàn)象。這就需要國內(nèi)高溫合金生產(chǎn)企業(yè)提高現(xiàn)有的研發(fā)能力[15]，同時(shí)還要提高生產(chǎn)設(shè)備質(zhì)量，使其具有生產(chǎn)先進(jìn)高溫合金材料的實(shí)力。我國的新型高溫合金需求不斷增加，主要的原因有：首先，大力發(fā)展了航空航天產(chǎn)業(yè)，在這一領(lǐng)域不斷加強(qiáng)創(chuàng)新，不斷研制性能更優(yōu)的發(fā)動(dòng)機(jī)，擴(kuò)大了高溫合金材料的市場，導(dǎo)致了對其需求的增加。其次，上海電氣等一大批大型電力設(shè)備制造企業(yè)不斷進(jìn)行技術(shù)革新，其生產(chǎn)規(guī)模也不斷地?cái)U(kuò)大，這就拉動(dòng)了對發(fā)電設(shè)備的需求，特別是其中的關(guān)鍵零部件渦輪盤的需求增加。當(dāng)前，正在進(jìn)行研發(fā)的燃機(jī)組已經(jīng)有了新的突破，在其實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)后對高溫合金的需求數(shù)量也會(huì)大幅增多。

4結(jié)語

(1)我國應(yīng)進(jìn)一步加大對高溫合金研究的投入，有力保護(hù)高溫合金的發(fā)展，引導(dǎo)科研工作者積極進(jìn)行研究。(2)改善在各種溫度下高溫合金承受載荷的能力，進(jìn)一步延長合金壽命，這是高溫合金未來發(fā)展的趨勢。(3)需要提高高溫合金的耐高溫性，提高其工作溫度，尤其是提高表面耐高溫性能，進(jìn)一步擴(kuò)大其適用范圍。

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作者：王建國  任朋立 張周科 張楠 王周儉 張博 單位：海軍駐興平地區(qū)軍事代表室 中國船舶重工集團(tuán)公司 第十二研究所

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