高合金化高温合金的发展及特点

涡轮盘是发动机的重要热端部件，要求具有高的持久和瞬时拉伸强度，低的缺口敏感性，高的塑性储备，高的低周疲劳性能和抗裂纹扩展的能力，以及良好的组织稳定性和工艺塑性。镍基变形高温合金可以满足这些使用要求，因而成为燃气涡轮发动机涡轮盘和最后几级压气机盘用最关键的材料。为了提高涡轮盘合金的使用温度，往往加入大量的合金化元素，高合金化高温合金应运而生。例如，美国发展的 Gatorized Waspaloy，Udimet720Li和前苏联发展的 742，79 等合金。这些高合金化镍基变形高温合金为现代航空航天发动机的发展提供了一类十分重要的涡轮盘材料。

高合金化高温合金的突出特点是合金化程度非常高，这些合金化元素分别起到固溶强化、时效强化以及晶界强化的作用，从而使合金具有很高的高温性能。然而，随着合金化程度的提高，合金的热加工性能变得很差，主要表现在塑性低、变形抗力大、加工温度范围窄等方面。为了解决以上问题，通常采用挤压开坯、等温锻造、超塑性成形和粉末冶金等先进的制造工艺，并成为变形高温合金重要的发展方向。

在高合金化、难变形高温合金的发展方面，欧美比较注重粉末合金的发展，而俄罗斯在发展粉末冶金工艺的同时，也十分重视发展熔炼加变形的生产工艺，并取得了重大突破，生产的涡轮盘的质量和性能可与粉末盘相媲美。俄专家认为，用熔炼加变形工艺生产高性能涡轮盘，成本比粉末盘低得多，质量比粉末盘更为可靠。因此在俄国生产的军用和民用发动机上，熔炼加变形工艺生产的涡轮盘仍占重要地位。

目前我国也在积极发展粉末涡轮盘，但一些关键工艺还没有完全掌握，粉末盘的工业应用尚需开展大量工作。除工艺复杂外，粉末盘还存在成本高等问题。鉴于俄罗斯采用熔炼加变形工艺生产难变形合金大型航空涡轮盘方面的成功经验，同时考虑到我国目前的加工条件，发展用熔炼加变形工艺生产的航空涡轮盘，在未来相当长的时间内，仍具有十分重要的应用前景。