航空發(fā)動機被稱為“工業(yè)之花”,是航空工業(yè)中技術(shù)含量最高、難度******的部件之一。作為飛機動力裝置的航空發(fā)動機,特別重要的是金屬結(jié)構(gòu)材料要具備輕質(zhì)、高強、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能,這幾乎是結(jié)構(gòu)材料中最高的性能要求。
高溫合金是能夠在600℃以上及一定應(yīng)力條件下長期工作的金屬材料。高溫合金是為了滿足現(xiàn)代航空發(fā)動機對材料的苛刻要求而研制的,至今已成為航空發(fā)動機熱端部件不可替代的一類關(guān)鍵材料。目前,在先進的航空發(fā)動機中,高溫合金用量所占比例已高達50%以上。
自1956年第一爐高溫合金GH3030試煉成功,迄今為止,我國高溫合金的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用已歷經(jīng)60年的發(fā)展歷程。60年的高溫合金發(fā)展可以分為三個階段。
第一個階段:從1956年至20世紀70年代初是我國高溫合金的創(chuàng)業(yè)和起始階段。本階段主要是仿制前蘇聯(lián)高溫合金為主體的合金系列,如:GH4033,GH4049,GH2036,GH3030,K401和K403等。
第二個階段:從20世紀70年代中至90年代中期,是我國高溫合金的提高階段。主階段主要試制歐美型號的發(fā)動機,提高高溫合金生產(chǎn)工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量控制。
第三階段:從20世紀90年代中至今,是我國高溫合金的全新發(fā)展階段。本階段主要是應(yīng)用和開發(fā)了一批新工藝,研制和生產(chǎn)了一系列高性能、高檔次的新合金。
目前,我國的高溫合金研究主要研究單位是鋼鐵研究總院、北京航空材料研究院、中國科學(xué)院金屬研究所、北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等,主要生產(chǎn)企業(yè)有:中航工業(yè)、鋼研高納、煉石有色、撫順特鋼、高鋼特鋼和第二重型機械集團萬航模鍛廠(二重)等。在此基礎(chǔ)上,我國已具備了高溫合金新材料、新工藝自主研發(fā)和研究的能力。
在現(xiàn)代先進的航空發(fā)動機中,高溫合金材料用量占發(fā)動機總量的40%~60%。在航空發(fā)動機上,高溫合金主要用于燃燒室、導(dǎo)向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱段零部件;此外,還用于機匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。