1、低膨胀高温合金的发展及在航空航天业的应用摘要：在低膨胀高温合金的发展历程中，因瓦效应以及时效硬化现象的发现是低膨胀高温合金发展与应用的基础。近年来，随着航空航天事业的迅猛发展以及能源危机的日益严重，不仅为低膨胀高温合金在航空航天领域中的应用提供了契机，同时也促进了低膨胀高温合金的应用发展。 关键词：低膨胀高温合金；发展；Fe-Ni-Co；性能；因瓦效应；时效硬化；分析 中图分类号：D993.4 文献标识码：A 文章编号： 现代低膨胀高温合金发展，是以因瓦效应以及时效硬化的发现为基础的，在上世纪 70 年代，随着国内航空航天事业的快速发展以及社会经济发展中能源危机的日益严重，逐渐为低膨胀高温合金
2、在航空航天领域中的应用以及发展进步，提供了重要的契机。在低膨胀高温合金的发展历程中，最早出现的商用 Fe-Ni-Co 系列合金，在通过使用 Nb 以及 Ti 进行强化，去除 Al 并加入 Si 等一系列成分变化后，对于原有的商用合金材料的应力加速晶界氧化脆性进行明显改善后，使得低膨胀高温合金在航天航空领域中的应用得到大量的突破。后来，为了改善低膨胀高温合金的抗氧化以及裂纹扩展速率等性能，又进行了相关的新合金系研究，形成了以 Inconel 783 合金为主的 Fe-Ni-Co-Al-Cr 系合金与以Haynes242 合金为主的 Ni-Mo-Cr 系合金的研究主流，使得低膨胀高温合金能够在 7
3、50 度的高温环境中仍能够实现完全的抗氧化功能和作用。 1、低膨胀高温合金的发展分析与概述 1.1 低膨胀高温合金的发展基础分析 在现代低膨胀高温合金的发展历程中，低膨胀高温合金的发展是以“因瓦效应”以及“时效硬化”现象的发现为发展基础的。在 19 世纪 90年代后期，法国的一位研究学者发现 Fe-Ni 合金中的 Ni 成分含量在合金所有成分含量的 36%左右时，合金的热膨胀系数会出现最低值情况，促成了因瓦合金的提出，它为低膨胀高温合金的发展奠定了一定的发展基础。随后，在对于低膨胀高温合金的发展研究中，由于精密仪器仪表行业以及电真空玻璃封装行业的发展需求，低膨胀高温合金以及定膨胀高温合金的的研
4、究发展取得了较为突破性的发展与进步提升，在这一时期也先后出现了 Fe-Ni 系以及 Fe-Ni-Co 系、Fe-Ni-Cr 系、Fe-Cr 系等低膨胀以及定膨胀合金，也就是在低膨胀合金的这一发展过程与阶段时期，时效硬化现象被发现并研究提出，使得现代低膨胀合金发展的两大基础条件全部具备，并使得低膨胀高温合金随着时代的发展随之逐渐的发展起来。在现代低膨胀高温合金发展的两大基础条件中，时效硬化现象的发现提出，不仅使低膨胀高温合金的热稳定性能得到了显著的改善，并且也为低膨胀合金在航空航天中的应用创造了可能性。 1.2 商用 Fe-Ni-Co 系低膨胀高温合金的发展 在上世纪 70 年代，航空航天事业的
5、迅速发展以及能源危机的日益加重，最终促成了商用低膨胀高温合金的出现产生。在航空航天领域发展中，应用低膨胀高温合金作为薄壁静子结构部件，比如机匣以及外环，或者是封严环、隔热环等，进行航空航天的生产制造应用，不仅具有生产制造控制部件间隙简单易行，并且能够减少航空航天机械设备的发动机零部件数量，降低发动机的重量以及生产制造成本，提高生产制造飞机的性能。随着商用低膨胀高温合金的出现，上世纪 70 年代初期，美国某公司推出了第一种商用低膨胀高温合金，主要是以 Nb 以及 Ti、Al 时效强化的 Fe-Ni-Co 基合金，这种低膨胀高温合金具有与 Inconel 783 系合金相近的优良抗拉强度，但是该类
6、型商用低膨胀高温合金的热膨胀系数在 Inconel 783 系合金的热膨胀系数一半左右，能够应用于 600 度的高温环境中。在 70 年代中期，人们对于商用低膨胀高温合金进行了工艺以及成分上的研究探索，实现了添加 Cr 以及 Hf、B 成分，或者是降低合金中的 Al 含量来提高合金的应力加速晶界氧化脆性。随后，在 80 年代初期，对于低膨胀高温合金的发展研究中，又出现了第三代低膨胀高温合金，也就是 Incoloy 909/CTX-909 系合金，这类低膨胀高温合金在原有合金的基础上提高了对于 Si 的含量，最终形成该系列低膨胀高温合金，使合金的强度以及韧性、抗应力加速晶界氧化脆性、低膨胀系数等
7、得到了良好改善。 1.3 抗氧化低膨胀高温合金的发展 在上世纪 90 年代，航空航天制造发展中，为了提高飞机发动机的效率，同时提高飞机发动机部件的工作温度，对于应用于航空航天领域飞机制造生产的低膨胀合金材料，也就提出了抗氧化以及高强度、低膨胀的要求，从而促进了抗氧化低膨胀高温合金的研究发展与应用实现。对于抗氧化低膨胀高温合金的发展研究，主要集中在对于 Fe-Co-Ni 系合金成分的调整研究以及对于 Ni-Mo-Cr 系低定膨胀系数合金的研究上，从这两个研究思路出发，在上世纪 80 年代末 90 年代初以及 90 年代中期，分别对于低膨胀高温合金有了新的研究与发展突破，实现了抗氧化性能好以及组织
8、稳定、塑性损失小，工作温度可达到 750 度的低膨胀高温合金研究提出与应用实现。根据这一发展研究与应用趋势，低膨胀高温合金未来将集中于向抗氧化高强度低膨胀高温合金的研究与发展应用方向发展。 2、低膨胀高温合金在航空航天业的应用 在我国的航空以及航天事业发展中，都有对于低膨胀高温合金的应用实现，但是，两个领域中对于低膨胀高温合金的应用侧重点却有不同。首先，在航空领域以及行业应用中，由于低膨胀高温合金本身具有高强度以及低膨胀等性能特点，使得该类型的合金材料在进行航空设备发动机的转动部件与静止部件生产制造应用中，能够严格的进行生产制造部件间间隙与公差的控制，从而提高航空设备发动机能量的输出以及燃油效
9、率，并且高强度的合金材料降低了飞机发动机的重量，使得低膨胀高温合金材料在燃气轮机以及蒸汽涡轮的密封环以及外环、隔热环、轴。机匣、叶片等结构部件制造中广泛应用。比如，CFM-56 以及 F101 等发动机中都大量使用了低膨胀高温合金材料。而在航天领域中，低膨胀高温合金由于其特殊性能特征，在航天飞机的主发动机制造中，也被考虑应用。 3、结束语 总之，低膨胀高温合金是一种具有特殊和突出性能材料，在航天航空领域中有广泛应用，进行低膨胀高温合金材料的分析，有利于促进应用和发展，具有积极作用。 参考文献 1贾新云，赵宇新.长期时效对低膨胀高温合金 GH783 组织与性能的影响J.航空材料学报.2006（4）. 2郭绍庆，李晓红，袁鸿，毛唯，颜鸣皋.低膨胀高温合金焊缝金属凝固行为的模拟预测J.航空材料学报.2004（6）. 3孙雅茹，孙文儒，孙晓峰，郭守仁，刘正，胡壮麒.P 的分布形态对一种低膨胀高温合金持久性能的影响J.材料研究学报.2008（3）. 4贾新云，赵宇新，张绍维.热处理对 GH783 合金组织与性能的影响J.材料工程.2006（1）. 5郭绍庆，李晓红，毛唯，颜鸣皋.低膨胀高温合金焊接性的研究现状J.宇航材料工艺.2000（6）. 6高玉魁，赵宇新，殷源发.低膨胀高温合金 GH909 再结晶研究J.金属热处理.2005（1）.
