215T a 115H f
-
013V
-
100h 1000h
-
-
791 703 799 716
669 535
696 569
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850℃ 245
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320 201
323 221 850℃ 850℃
282 195
206 127
98
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137 148 150
-
[ 摘要 ] 简要介绍了航空材料研究院 40 年来在铸造高温合金及工艺包括熔炼、 铸造、 定向凝固及细 晶 铸 造 等 领 域 取 得 的 成 就。 关键词 铸造高温合金 熔模铸造 定向凝固 单晶 细晶
[Abstract ] T he ach ievem en t s in field of ca st sup era lloys and p rocesses includ ing m elt ing and ca st ing in B IAM fo r 40 yea rs have been review ed in b rief 1 Keywords ca st sup era lloys investm en t ca st ing d irect iona l so lid ifica t ion sing le crysta l fine crysta l
造高温合金的历史, 也标志着铸造涡轮导向叶片材料开
始 成 为 航 空 材 料 国 产 化 的 先 行 者 之 一。
·3·
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981 760℃
824
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760℃ 980℃ 980℃ 686 207 118 760℃ 980℃ 980℃
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350 -
1040℃ 137
D Z125 011 819 余 10 7 2 512 019 - 01015 -
DD 2 -
718 余 416 8 015 516 1 - -
-
单 晶
DD 3 0101 915 余 5 515
4
519 212 -
-
-
合 DD 4 -
9 余 715 6 115 317 412 - -
-
金
DD 6
IC6 N i3A l 基合金
2 611 113 -
合
金 K77 0106 15 余 15 - 412 414 315 -
01017 0105 0102 0107
0107 0110
0107 0110
-
-
0108 0105
0108 0105
0102 -
K002 0115 K211 0115 K214 011
9 余 10 10 Φ 015 515 115 - 01015 0105
1 前言
铸造高温合金及其熔炼和铸造工艺是北京航空材 料 研 究 院 最 重 要 的 研 究 领 域 之 一。 从 1958 年 开 始 研 究 我国第一个铸造高温合金以来, 已走过整整 40 年的历 程, 在这期间, 创业的艰辛、事业的扩展、人才的成长、 成果的涌现, 确实令世人瞩目。航材院已经成为我国最 大的铸造高温合金和工艺研究发展及推广应用的中心, 为 我 国 航 空 发 动 机 的 生 产 和 发 展 作 出 了 重 大 贡 献。本 文 拟从合金和工艺两方面简要介绍航材院 40 年来在该领 域 所 取 得 的 成 就。
材料工程 1998 年 10 期
K 403 合 金 是 在 60 年 代 初 由 航 材 院 与 上 海 交 通 大 学合作采用当时先进的真空熔炼工艺研制成功的性能 水平较高的铸造叶片合金[3] , 先后用于 16 种 航 空 发 动 机和多种地面燃气轮机制作涡轮导向叶片和工作叶片, 是 我 国 应 用 最 广 的 铸 造 高 温 合 金 之 一。
合金
化学成分, w t%
700℃
持久强度, M Pa 900℃
1000℃
C C r N i Co W M o A l T i Fe B Zr
K401 011 1515 余 - 815 -
5 1175 - 0104 -
K403 0114 11 余 512 512 412 515 216 K405 0114 1012 余 10 418 410 514 215 -
K406 0115 1515 余 - - 417 316 215 -
K6C 0105 19 余 - - 417 316 215 普 通 K412 0113 15 余 - 515 318 118 118 -
铸 K419 0112 518 余 12 10 2 515 113 -
造 K19H 0112
6
余 12 10
北京航空材料研究院铸造高温合金及工艺发展 40 年
定向凝固高温合金的出现是国际铸造高温合金发 展史上的重大事件之一。 60 年代中期, 继美国 P&W 公 司 研 制 成 功 定 向 凝 固 M A R 2M 200 合 金 之 后, 航 材 院 率 先在我国研究高温合金的定向凝固技术, 先后研究成功 D Z 3、D Z 4、D Z 22 等合金[5, 6] , 填补了国内空白。 其中, DZ4 合金是航材院与上海交大合作研制的我国第一个 进 入 工 程 化 阶 段 用 于 较 先 进 的 现 役 航 空 发 动 机 W P l3B 上制作涡轮工作叶片和导向叶片的定向凝固高温合金, 具有较高的 高 温 强 度、 良 好 的 铸 造 性 能 和 较 低 的 密 度, 并 且 不 含 铪 因 而 成 本 较 低。 单 晶 高 温 合 金 的 研 制 是 航 材 院 的 重 点 课 题 之 一。其 中 DD 3 合 金 是 采 用 相 计 算 原 理 和 正 交 设 计 法 结 合 实 验 验 证, 通过多年努力研究成功的密度较低、成分较简单 而性能水平相 当 于 国 外 第 一 代 单 晶 合 金 PW A 1480 的 我 国第一个用于航空发动机的单晶高温合金[7] , 己投入小 批 量生产。在与美国 P&W 公司合作研究的过程中, 曾对 DD 3 合金进行过共同的评估, 双方在各自试验室对同炉 DD 3 合金测试不同温度的拉伸和蠕变性能 ( 表 3 ) , 结果 表明, 双方测试结果基本吻合, 性能水平与 PW A 1480 相 当[8 ]。 另外, 采用合金设计法与试验研究相结合研制的相 当 于 国 外 第 二 代 单 晶 合 金 水 平 的 DD 6 合 金, 也 取 得 了 可喜进展, 已被选用作为先进航空发动机的高压涡轮叶 片 材 料。 IC 6 合金是航材研究院在国家 863 高科技 发 展 项 目 资助下研究成功的 N i3A l 基金属间化合物铸造合金[9]。
8115
8112 8156 8156 8148 8156 8120 8156 8185 7190 8100
W P5, W P6 导向叶片
W P6, W P7, W P8, W P13, W S9, W J 5, W J 6 等导向叶片和涡轮叶片
W J 5 涡轮叶片 W S8 涡轮叶片 W Z6 整铸导向器 W P6 导向叶片 W Q J 涡流器叶轮
20 46 - 8 - - - 余 -
-
12 4215 - 612 - 211 416 余 0113 -
K25 0106 余 41 - 余 512 512 413 517 216 - 01015 011
其它
-
219N b 215N b 114H f
时期的同类合金相比 (图 1) , 航材院的合金虽然 出现
的 我国第一个镍基铸造高温合金[1, 2] , 用于当时的 W P 6
较晚, 但相应的性能水平基本相当。
发 动 机 制 作 涡 轮 导 向 叶 片。它 的 出 现 开 创 了 我 国 研 究 铸
表 1 和表 2 列出航材院历年研制出的各类铸造高
D Z4 0113 915 余 517 515 319 610 119 - 01018 -
定 向
D Z5 0111 1012 余 10 5
318 515 215 -
01015 -
合 金 D Z22 0114
9
余 10 12 -
5 2 - 01015 -
D Z22B 0114 9 余 10 12 -
5 2 - 01015 -
IC 10
- 余 - - 13 8 - - 011 -
-
912 -
353 274 181
125
-
1N b 115H f 1N b
1H f 318T a 115H f
6T a 011H f
4T a 015N b
-
916 -
333 -
176
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760℃ 804 760℃ 793 760℃ 825 760℃ 824
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