材料焊接性材料焊接性 (28).ppt

高温合金在航空发动机领域的应用高温合金在航空发动机领域的应用有学者认为，航空发动机技术的进步与高温合金材料技术的进步密不可分，这体现了高温合金在航空领域的重要性，现代燃气涡轮发动机有50%以上的重量采用的是高温合金。高温合金的发展图7-4-1典型航空发动机中材料应用高温合金在航空发动机领域的应用20世纪30年代后期英、德、美等国开始研究高温合金。40年代英国在镍中加入碳、钛、铝等制成了第一种Nimonic80镍基高温合金，在此基础上加入其他合金元素发展成为“Nimonic”(尼蒙镍克)系统。40年代至50年代，美国发展了“Inconel”、“Waspaloy”、“Udimet”等系统；前苏联发展了“”和“”系统。70年代至80年代，铸造合金铸件超过变形高温合金，在美国出现了Mar-M和IN系统；在前苏联出现了C系统。高温合金的发展高温合金在航空发动机领域的应用我国从1956年起开始试制高温合金。目前已有“GH”系统变形高温合金、“K”系统等轴晶铸造高温合金，“DZ”系统定向凝固柱晶高温合金，“DD”系统单晶高温合金20世纪90年代初粉末冶金高温合金制的压气机盘和涡轮盘投入使用，成为继变形和铸造高温合金之后又一类高温合金，用“FGH”表示高温合金的发展高温合金在航空发动机领域的应用高温合金技术的发展目标就是朝着承温能力更高，高温下、综合力学性能、微观组织更稳定的方向发展的。高温合金的发展图7-4-2涡轮进气口温度与发动机输出功率的关系1980 1990200020102020推重比7-8推重比10推重比10-12推重比12-15推重比15-20推重比6推重比7-8推重比10F110XF120F119F135VAATE图7-4-3 中美发动机推重比对比关系高温合金在航空发动机领域的应用斜支板承力框架是航空发动机中结构复杂、加工难度大、服役条件苛刻的重要结构件。其服役温度会随着航空发动机涡轮进气口温度的提升而提高。该部件自1964年起至今采用的都是K4169(IN718C)合金，其承温能力为650，难以满足先进航空发动机的要求。高温合金在斜支板承力框架中的应用图7-4-4 航空发动机和大型斜支板承力框架高温合金在航空发动机领域的应用1989年GE公司推出了一种IN718C合金的改型合金，Ren 220C。该合金的使用温度比IN718C提高了27，在704下仍具有良好的综合性能，部分性能甚至优于Wasploy，Ren 41以及Ren 63等强化合金。典型高温合金图7-4-5 Ren 220C 合金力学性能图7-4-6 Ren 220C 合金制备的典型构件高温合金在航空发动机领域的应用Alloy 718Plus（718P）合金是在2005年，由美国ATI公司推出的一种基于IN718的相沉淀强化改型合金。该合金的主要元素包括Ni，Cr，Co，Fe，Nb，Mo，W，Ti，Al，C。其中的Al+Ti含量达到了2.2wt%，同时还保持了5.4wt%的Nb元素。总体来说，718P合金的设计满足了原始设计要求，该合金的焊接性良好或者至少比Wasploy合金的焊接性好。研究人员还通过CHRT试验表征了718P合金的SAC敏感性，发现该合金具有与IN718以及C263合金相当的焊接性。典型高温合金高温合金在航空发动机领域的应用20世纪80年代，GE公司研发的GTD-222是一种Ni基铸造高温合金，主要用于替换Co基合金FSX-414，制备第二代和第三代汽轮机喷嘴，从而提升其蠕变性能。典型高温合金图7-4-6 GTD-222 合金力学性能图7-4-7 GTD-222 合金蠕变性能图7-4-8 GTD-222 合金制备的典型结构高温合金在航空发动机领域的应用Wasploy合金是Pratt&Whitney公司研制的一种相成强化的Ni基高温合金，合金同时含有MC以及M23C6碳化物强化。具有优异的高温强度和良好的抗氧化性能，在704的发动机的旋转部件中得到了应用，同时在更高温度的静止部件中也有应用。典型高温合金图7-4-8 GTD-222 合金制备的典型结构高温合金在航空发动机领域的应用IN939合金是一种燃气轮机叶片用耐蚀铸造高温合金。该合金在850下仍然具有较高的持久和蠕变性能，国外通过简称为MFFSC和CLEAN的两个项目，着手将该材料用于制备在航空发动机斜支板承力框架，如图所示。典型高温合金图7-4-9 IN939 合金制备的典型结构高温合金的基础知识小结u本章首先介绍了高温合金的分类、合金化、强化方式等基础知识。u其次，针对高温合金的焊接性进行了分析。u随后，对高温合金焊接工艺特点进行了分析u最后，选用航空发动机中的典型复杂结构件，斜支板承力框架用高温合金的发展进行了介绍。