高温合金的应用

基于其在高温工作环境下的突出性能，高温合金被广泛应用于航空、航天发动机、舰船和工业用燃气轮机的核心热端部件。除军事用途外，高温合金还在电力、石油化工、汽车、冶金、玻璃制造等民用领域发挥着不可替代的作用。

高温合金的应用领域

高温合金在各应用领域的分布图

1、高温合金—航发实现性能突破的关键要素

推重比、涡轮前温度、燃油消耗率是衡量航空发动机性能的主要指标，也是航空发动机分代的重要依据。航空发动机的发展趋势就是不断提高推重比和涡轮前温度，同时降低燃油消耗率。其中，提高涡轮前温度有助于提升航空发动机的推重比，涡轮进口温度每提高100℃，航空发动机的推重比能够提高10%左右。从第一代航空发动机发展至目前的第五代发动机，涡轮前温度已经由最初的1200-1300K提高到了1850-2000K。随着涡轮前温度的逐步提高，燃烧室所用材料的耐高温要求也日益苛刻。据航空材料学报报道，自20世纪60年代中期至80年代中期，涡轮进口温度平均每年提高15℃，其中材料所做出的贡献在7℃左右。因此，高端高温合金材料成为了制约航空发动机发展的关键因素之一。

战斗机的发展历程

2、高温合金—燃气轮机关键部件的核心原材料

燃气轮机的基本结构与航空燃气涡轮发动机类似，也是由压气机、燃烧室和涡轮(又称燃气透平)等组成，主要的区别在于燃气轮机是将燃气发生器的可用功输出为转子的扭矩。燃气轮机按照体量及功率大小可分为重型燃气轮机及轻型燃气轮机。重型燃气轮机主要用于发电领域，轻型燃气轮机可用于舰船及机车、坦克等特种车辆的动力。燃气轮机按涡轮前温度还可以大致分类为：900℃的A级、1000℃的B级、1100℃的C级、1200℃级的D型(如：M701D)，1300℃级的E型，1400℃级的F型(如：M501F/M701F)，采用回收型蒸汽冷却燃烧器、进口温度1500℃级的G 型以及在此基础上还开发出1500℃级的H 型(如：M701H)。

燃气轮机具有体积小、重量轻、热效高、污染低、耗水少等优点，在船舶、电力、石化、冶金等领域的应用日趋广泛。燃气轮机的关键部件如涡轮工作叶片和涡轮导向叶片，由于特殊复杂的工作环境，对组成材料的整体性能要求极高。与航空发动机相比，燃气轮机要求高温合金除了良好的蠕变强度、疲劳强度和良好的塑性等共性外，还得具备独特的物理化学特性：

极强的抗热腐蚀性，因为发电或舰用燃气轮机工作环境较航空发动机恶劣，热端关键零件涡轮叶片或导向叶片要经受严重的热腐蚀；

组织稳定性好，工作寿命长。军机发动机的寿命通常约几千小时，民航发动机的寿命也仅为上万小时，而工业用燃气轮机则要求几万至几十万小时的寿命。

因此，高温合金是加工生产力学性能优异、组织稳定的涡轮工作叶片和导向叶片的核心原材料，直接决定了燃气轮机能否在复杂工作环境下长久高效运行。

3、高温合金-制造汽车增压涡轮的重要材料

涡轮增压技术能显著提高汽车的扭矩和功率，同时提升发动机效率、降低燃油消耗、减少废气排放因此在汽车工业中逐渐得到推广。但是经过涡轮增压以后，发动机在工作时候的压力和温度都大幅提升，由于转速高，叶片上还受到多种交变应力的作用，因此要求涡轮材料具有较好的高温力学性能、屈服点和长期组织稳定性以及良好的铸造性能。铸造高温合金因具有足够的强度、热稳定性和良好的抗疲劳性等优点，被大量用于制作汽车增压器涡轮。