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1、GH3039
2、高溫合金產(chǎn)業(yè)研究：產(chǎn)業(yè)升級疊加國產(chǎn)替代加速行業(yè)發(fā)展
GH3039
1.1實(shí)驗(yàn)材料與刀具，1、切削實(shí)驗(yàn)，2、分析，單因素銑削力測量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖2所示。
根據(jù)銑削力曲線可以看出，在銑削過程中Fx與Fy遠(yuǎn)大于Fz，其中速度對Fx影響最大，x向銑削力隨速度的增加而減小，這是因?yàn)殡S著切削速度的提高，材料的熱軟化等因素造成的，對銑削力特征分析可知。
Fy主要反映工件的回彈，隨著切削速度的提高，后刀面對已加工表面的擠壓程度隨之增加，故在一定程度上會(huì)導(dǎo)致Fy的增加(圖2a)，隨著每齒進(jìn)給量的增加。
銑削力均呈增加的趨勢(圖2b)，因?yàn)檫M(jìn)給量增大，切削厚度增大，所以切削面積增大，力量也隨之增大。
隨著側(cè)吃刀量的增加，刀具和工件接觸的圓弧長度增加，使刀具的銑削面積增大，從而刀具和工件間的摩擦力增大(圖2c)，通過銑削實(shí)驗(yàn)對高溫合金GH3039進(jìn)行了分析探討，得到了GH3039銑削力隨切削參數(shù)變化的規(guī)律，建立了銑削力的經(jīng)驗(yàn)公式，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果為進(jìn)一步研究GH3039刀具磨損、切屑形態(tài)，目前，國內(nèi)外學(xué)者對GH4169(Inenel718)、K，然而針對GH3039的銑削加工依然缺乏系統(tǒng)的研究工，在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)需借鑒其他類型高溫合金材料的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，限制了實(shí)際的加工效率及加工精度，增加了加工成本。
為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，對其加工性能進(jìn)行研究就具有非常重要的意義，0、引言，為驗(yàn)證公式(1)的準(zhǔn)確性，選取4組數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。
經(jīng)計(jì)算，F(xiàn)x和Fy的平均相對誤差分別為9.76%和9.83，兩者均小于10%，說明理論公式預(yù)測值同實(shí)驗(yàn)測量值符合的較好，因此，x、y方向銑削力經(jīng)驗(yàn)公式在當(dāng)前的加工條件下是適用的，F(xiàn)z平均相對誤差δz為80.02%。
遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10%，因此，z向銑削力經(jīng)驗(yàn)公式不適合當(dāng)前的加工條件，因z向銑削力比x、y向銑削力小很多，在實(shí)際加工中可將其忽略，1.3實(shí)驗(yàn)方案，GH3039是一種多元合金。
其主要化學(xué)成分如表1所示，GH3039高溫合金切削性能較差，為保證表面加工質(zhì)量，降低加工成本，對其切削加工過程進(jìn)行分析研究。
試樣尺寸為75mm×38mm×34mm，其中，Kx、Ky、Kz為修正系數(shù)，根據(jù)表2，采用多元線性回歸分析的方法，建立GH3039材料銑削力經(jīng)驗(yàn)公式，應(yīng)用多元線性回歸法進(jìn)行擬合，可得出指數(shù)形式銑削力公式:。
3、結(jié)束語，實(shí)驗(yàn)機(jī)床為奧地利MC120－60型數(shù)控立式加工中心，主軸功率22.5kW，轉(zhuǎn)速為50～12000r/min，刀具采用直徑為8mm的SANDVIK整體硬質(zhì)合金立，刀齒數(shù)為3，測試系統(tǒng)采用型號為9257B的三向KISTLER測。
如圖1所示，其中，F(xiàn)x、Fy、Fz分別為軸向力、徑向力和切向力，2.2建立銑削力經(jīng)驗(yàn)公式，1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備及參數(shù)，2.1切削參數(shù)對銑削力的影響，硬質(zhì)合金刀具具有良好的韌性和導(dǎo)熱性，已廣泛應(yīng)用于高溫合金的切削加工。
該種材料刀具在切削高溫合金材料時(shí)切削速度一般為10，當(dāng)速度超過30m/min時(shí)，切削區(qū)溫度升高，容易導(dǎo)致材料軟化和刀刃變形，使刀具失效，GH3039是我國1958年為配合航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)。
通常用作燃燒室中的火焰筒材料，GH3039具有優(yōu)異的綜合性能，但切削加工性差，主要表現(xiàn)在切削力大、加工硬化現(xiàn)象明顯、刀具磨損快等，高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上高溫抗氧化或抗腐蝕，并能在一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料。
其主要特點(diǎn)是含有較多的高熔點(diǎn)、高激活能量合金元素，并具有優(yōu)良的熱強(qiáng)度、熱穩(wěn)定及熱疲勞性能，高溫合金廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、動(dòng)力及石油化工，是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān)鍵材料，銑削力經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑?。
在研究GH3039高溫合金銑削性能時(shí)，銑削方式為順銑，實(shí)驗(yàn)選取高于常規(guī)值的切削參數(shù)，銑削方案為:一是針對切削參數(shù)(vc，fz，ae)的單因素實(shí)驗(yàn)，分析切削參數(shù)對銑削力的影響，切削速度vc取30、40、50、60、70、80m。
每齒進(jìn)給量fz取0.02、0.04、0.06、0.，側(cè)吃刀量ae取0.6、0.7、0.8、0.9、1.，二是4因素4水平正交實(shí)驗(yàn)，如表2所示，其中。
ap為背吃刀量。
高溫合金產(chǎn)業(yè)研究：產(chǎn)業(yè)升級疊加國產(chǎn)替代加速行業(yè)發(fā)展
渦輪葉片是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最惡劣也是最關(guān)鍵的部，在承受 高溫的同時(shí)要承受很大的離心應(yīng)力、振動(dòng)應(yīng)力、，渦輪導(dǎo)向 葉片用來調(diào)整燃燒室出來的燃?xì)饬飨?，是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上承受溫度最 高、熱沖擊最大的零部件，渦輪葉片和導(dǎo)向葉片一般采用定向晶、單 晶高溫合金，相比于民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)。
軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪級數(shù)更少，例如 PW 公 司提供給 F-22 戰(zhàn)機(jī)的 F11，僅有 1 級高壓渦輪和 1 級低壓渦 輪，以每級各需要 100 片渦輪葉片和導(dǎo)向葉片估算，單臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī) 所需渦輪葉片和導(dǎo)向葉片共約 400，2020 年。
國內(nèi)汽車產(chǎn)量達(dá) 2522.5 萬輛，根據(jù)每萬輛汽車渦輪增壓器 高溫合金用量約為 3.5，2020 年汽車領(lǐng)域的高溫合金用量達(dá)到 8829 ，定向凝固高溫合金是通過定向凝固技術(shù)制備出晶界平行于，定向凝 固工藝始于 20 世紀(jì) 60 年代中期，美國 P&W 公司發(fā)明了這一工藝并 用于生產(chǎn)鎳基合。
可提高葉片工作溫度約 50℃，我國定向凝固柱晶高溫合金的研制始于 20 世紀(jì) 7，目前已研制和生產(chǎn)了多種定向凝固柱晶合金，并在多種型號的發(fā)動(dòng)機(jī)上使用，核工業(yè)使用的高溫合金可以分為堆內(nèi)使用和堆外使用兩類。
堆內(nèi)使用 材料需考慮其輻照性能，結(jié)構(gòu)材料多采用耐輻照性能更好的鋯合金，包括燃料元件包殼材料、燃料棒定位格架條帶等，格架條帶彈簧雖采 用鎳基高溫合金但整體用量不大，堆外蒸發(fā)器“U”形管材料為鎳基高溫合金 GH690，1400MW 功率的 CAP1400 機(jī)組蒸發(fā)器“，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的成本主要由原材料成本、勞動(dòng)力成本兩部分，占比 分別為 40%-60%、25%-35%。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用的原材料主要是高溫合 金、鈦合金等，其中高溫合金價(jià)值占比約為 35%，高溫合金占航空發(fā) 動(dòng)機(jī)成本的 14%-21%，國內(nèi)高溫合金材料利用率亟待提升，國外薄壁類環(huán)件零件用毛坯的成形 采用精密軋制加脹形，鍛件形狀與零件非常接近。
材料利用率很高，而國內(nèi)環(huán)件零件用毛坯大部分采用矩形截面的軋環(huán)，材料利用率很低，特別是機(jī)匣類零件材料利用率不足 10%，目前雖有部分鍛件已采用異形 截面的軋環(huán)，但無論從形狀相近程度還是余量上均與國外存在著很大的，國外已經(jīng)采用環(huán)件軋制方法來生產(chǎn)薄壁環(huán)件。
環(huán)件精確輾軋技術(shù) 具有精化程度高、整體成形等優(yōu)點(diǎn)，如美國 IN718 合金高筒薄壁環(huán)材料 利用率達(dá) ，高溫合金材料利用率的提升將有助于緩解國內(nèi)高 溫合金，目前我國燃?xì)廨啓C(jī)整體水平與國際先進(jìn)水平相差很大，尚未形成嚴(yán)格 意義上的燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)。
遠(yuǎn)未具備先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)自主開發(fā)和制造的能 力，總體水平落后 20～30 年，在重型燃?xì)廨啓C(jī)方面，與國外相比，我國主要差距是沒有掌握核心設(shè) 計(jì)技術(shù)、熱端部件制造，從核心技術(shù)自主研發(fā)綜 合能力角度看，全行業(yè)整體大大落后于國際先進(jìn)水平，K418 合金是用量較大的鑄造高溫合金。
已廣泛應(yīng)用于制作航空、地 面和海上燃?xì)廨啓C(jī)渦輪工作，航天彈用發(fā) 動(dòng)機(jī)的整鑄渦輪轉(zhuǎn)子和導(dǎo)向器，以及柴油機(jī)和汽油機(jī)增壓渦輪，K4169 合金由變形高溫合金 GH4169 發(fā)展，具有含鈮、鐵量高的 顯著特點(diǎn)，在很寬的中低溫度范圍（-253~650℃）具有較高，2003 年至 2013 年。
通過三次打捆招標(biāo)以及后續(xù)招標(biāo)，東方、哈爾濱、南京、上海等 動(dòng)力設(shè)備制造企業(yè)分別引，進(jìn)行本地化制造，經(jīng)過國產(chǎn)化四個(gè)階段和合資熱部 件企業(yè)，完成重型燃機(jī)的整機(jī)生產(chǎn)，在航改型燃?xì)廨啓C(jī)方面。
我國目前形成批量生產(chǎn)的只有 1993 年從烏 克蘭，1998 年開始以 QC280 型號進(jìn)行 國產(chǎn)化，在 2003 年裝備 052B“武漢”驅(qū)逐艦試用，目前 QC280 已交 付 70 多臺(tái)，返廠修理周期為 5000h，而歐美同功率級別的燃?xì)廨啓C(jī)返 廠維修周期達(dá)到 25。
兩者差距較大，該型燃?xì)廨啓C(jī)的穩(wěn)定性也遠(yuǎn) 不如歐美的產(chǎn)品，（報(bào)告來源：未來智庫），中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司四川燃?xì)鉁u輪研究院、中國，在 2010 年第八屆珠海航展上，中國 航天科工集團(tuán)第三研究院展示了 CTJ-1 和，宣傳資料顯示，CTJ-1 發(fā)動(dòng)機(jī)。
推力級別為 110daN，主要由 1 級離心壓氣機(jī)、折流環(huán)形燃燒室和 1 級，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的特點(diǎn)，已用于 C705 反艦導(dǎo) 彈，CTJ-2 發(fā)動(dòng)機(jī)，推力級別為 400daN。
采用 3 級軸流壓氣機(jī)、直流環(huán) 形燃燒室和 1 級，結(jié)構(gòu)簡單、推重比大、抗進(jìn)氣畸變能力強(qiáng)，已在 C802 系列反艦導(dǎo)彈上成功應(yīng)用，（2）渦輪葉片和導(dǎo)向葉片：定向晶、單晶鑄造高溫合金，國內(nèi)增壓器渦輪毛坯主要是以精密鑄造為主的鎳基高溫合，我國廣 泛使用的渦輪材料是自行研制的 K213、K，鑄造高溫合金由于其具有足夠的熱強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、良好。
單晶高溫合金是采用定向凝固和選晶(籽晶)技術(shù)制造的，柱晶和單晶高溫合金的生產(chǎn)難度大，但可有 效提升發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的服役性能，單晶葉片配合有效的防護(hù)涂層，可使 航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比達(dá)到 10，目前先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片均采用單晶高溫 合金，用作渦輪盤的高溫合金為屈服強(qiáng)度很高、細(xì)晶粒的變形高。
渦輪盤常用變形高溫合金包括 GH4133A、GH4，隨著鎳基高溫合金成分日趨復(fù)雜、零件尺寸不斷增大，傳統(tǒng)的高合金 化鎳基高溫合金渦輪盤材料合金中偏析嚴(yán)，組織不均勻，熱工藝性 能惡化，常規(guī)鑄造和變形工藝都無法滿足新型發(fā)動(dòng)機(jī)對盤件的需要，利用粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)高溫合金。
可以使合金晶粒細(xì)小、偏析輕、成 分均勻、性能大幅提，北京航空材料研究院研制的鑄造高溫合金約占全國鑄造高，成為我國鑄造高溫合金系列的主體部分，其中 K401 合 金是在 1958 年由張祖謙等，用于當(dāng)時(shí) 的 WP6 發(fā)動(dòng)機(jī)制作渦輪導(dǎo)向葉片，開創(chuàng)了我國研究鑄造高溫合金的 歷史，其他鑄造高溫合金研制單位還包括鋼鐵研究總院、中科院，葉片材料方面。
燃?xì)廨啓C(jī)葉片的工作環(huán)境在某些方面較航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉 片，燃?xì)夂?、鈉等雜質(zhì)，造成熱腐蝕，對高溫合金部件破 壞作用大，燃機(jī)葉片壽命通常達(dá)幾萬乃至幾十萬小時(shí)。
承受基本載荷 的時(shí)間長，重型燃?xì)廨啓C(jī)葉片尺寸大、質(zhì)量大，因此，燃?xì)廨啓C(jī)用高 溫合金需要具有更好的耐熱腐蝕性能、長，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)機(jī)匣、渦輪機(jī)匣、結(jié)合環(huán)、安裝邊、，按 價(jià)值計(jì)算，航空發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)形鍛件約占航空發(fā)動(dòng)機(jī)價(jià)值的 6%，渦輪后機(jī)匣、預(yù)旋噴嘴、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室浮動(dòng)壁瓦塊、前置。
目前，大型復(fù)雜薄壁高溫合金精密鑄件已成功應(yīng)用于 CFM5，高溫合金材料最初主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，由于其有優(yōu)良的耐高 溫、耐腐蝕等性能，逐漸被應(yīng)用到電力、汽車、冶金、玻璃制造、原 子能等。
從而大大的拓展了高溫合金材料的應(yīng)用領(lǐng)域，隨著 高溫合金材料的發(fā)展，新型高溫合金材料的出現(xiàn)，高溫合金的市場需 求處于逐步擴(kuò)大和增長狀態(tài)，當(dāng)前，全球每年高溫合金需求約 28 萬噸。
被廣泛應(yīng)用于航空航天、 艦船、兵器、核電、超超臨界，其中航空航天領(lǐng)域用量最大，占總需求量的 55％，其次是工業(yè)燃?xì)廨?機(jī)（20%）和艦船（10%）等，2.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)：高溫合金最主要的需求，（報(bào)告出品方/作者：方正證券，鮑學(xué)博）。
根據(jù)航發(fā)集團(tuán)“三輕一重”燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃，用于常規(guī)分布式 發(fā)電的 7MW 級 QD70 輕型，15MW 級 QD185 燃?xì)廨啓C(jī)預(yù)計(jì)在 2025，船 用型完成研制，可用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）電站的 1，用于管道增壓/發(fā)電用的 30MW 級 QJ/QD2，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)可用于先進(jìn)巡航、反艦和空地導(dǎo)彈上，一般具有低成本、小 尺寸、短壽命的特點(diǎn)。
以渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇作為主發(fā)動(dòng)機(jī)的導(dǎo)彈具有 明顯優(yōu)，相比固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，可顯著提升導(dǎo)彈射程，美國、法國、 俄羅斯、烏克蘭、以色列、土耳其、日本，相繼推出了多種型號并投入使用，定 向空心無余量復(fù)雜型腔的渦輪葉片已在先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)，按原有普通鑄造合金成分，與定向凝固技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展的合金。
例 如 DZ3、DZ5 等，分別是在普通鑄造高溫合金 K403 和 K405 ，采用定向凝固技術(shù)研制而成的定向凝固鎳基鑄造高溫合金，DZ3 合金與普通鑄造合金 K403 比，750~850℃的拉伸塑性提高 2~3 倍。
持 久強(qiáng)度提高 60~130MPa，熱疲勞壽命提高近 100 倍，僅考慮乙烯裂解爐管需求，“十四五”對高溫合金需求預(yù)計(jì)在 4.41 萬 噸，“十三五”期間，中國乙烯產(chǎn)能從 2200 萬噸/年增加 60%至 。
2020 年，恒力石化、寶來石化、中化泉州等大乙烯項(xiàng)目先 后投產(chǎn)，中國乙烯產(chǎn)能大幅提高，總產(chǎn)能較 2019 年增長 21%，“十四 五”期間，國內(nèi)新增乙烯產(chǎn)能約高達(dá) 3832 萬噸/年，新建產(chǎn)能較“十 三五”高出 191%，一般一臺(tái) 10 萬噸產(chǎn)能的乙烯裂解爐中裂解爐管為 。
據(jù)此估算，“十四五”新建乙烯產(chǎn)能所需裂解爐管為 22992 ，根據(jù)乙烯生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行周期，每 5-6 年左右需進(jìn)行一次大修，預(yù)計(jì)“十四五”期間，共有 21108 噸存量乙烯設(shè)備存在備件需求，合 計(jì)達(dá) 44100 噸。
對于渦輪盤，重型燃?xì)廨啓C(jī)渦輪盤尺寸遠(yuǎn)大于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤，對 于材料成型性能和耐高溫性能的匹配要求更高，例如，采用 GH4698 等僅能制造直徑達(dá) 1200mm，重量不超過 2t 的輪盤鍛件，而采用 GH2674 和 In706 合金雖然可以，但缺點(diǎn)是使用溫度低、長期穩(wěn)定性差。
因此，燃?xì)廨啓C(jī)用 高溫合金與航空發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫合金材料各自，也有交叉之處，2.1.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件對高溫合金的需求各不，燃?xì)廨啓C(jī)是繼蒸汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)之后的新一代動(dòng)力裝置，具有熱效率 高、經(jīng)濟(jì)性好、機(jī)動(dòng)性好、可靠性高、壽命，燃?xì)廨?機(jī)可分為三類：1)微型燃?xì)廨啓C(jī)，主要替代柴油機(jī)用于機(jī)車和坦克。
2)輕型燃?xì)廨啓C(jī)，功率在 1MW 以上、50MW 以下，應(yīng)用于循環(huán)發(fā)電、 石油和天然氣的管道運(yùn)輸，鋼廠的焦?fàn)t廢氣再次燃燒，以及艦船等，歐美艦艇燃?xì)廨啓C(jī)裝配率在 50％以上，3)重型燃?xì)廨啓C(jī)，功率在 50MW 以上。
主要用于大型艦船和區(qū)域發(fā)電，燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)相近，其渦輪盤、渦輪葉片、渦輪機(jī)匣 等需要高溫合金來制造，1.3 粉末高溫合金：主要用于高壓渦輪盤等，1.2 鑄造高溫合金：合金化程度更高。
用量少而精，2.3.1 汽車渦輪增壓器，渦輪增壓器技術(shù)在汽車工業(yè)中的廣泛應(yīng)用已成為提高發(fā)動(dòng)，渦輪增壓器能夠增加空氣 密度，增加氣缸內(nèi)的進(jìn)氣量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的 輸出效率，汽車渦輪增壓器的工作溫度約 600℃。
是高溫合金的應(yīng)用 領(lǐng)域之一，國外渦輪增壓技術(shù)已趨于成熟，在軍事、農(nóng)業(yè)、民用等領(lǐng)域取得了極 大進(jìn)步，國外用于增壓渦輪的材料主要包括 Inconel71，國內(nèi)從事燃?xì)廨啓C(jī)研制生產(chǎn)的單位主要包括：東方汽輪機(jī)，變形高溫合金的熱加工塑性較好，可以在鍛軋機(jī)械的外力作用下塑性 變形為特定形狀和尺。
在固溶、時(shí)效狀態(tài)下的高溫強(qiáng) 度優(yōu)異，其需求量約占高溫合金的 70%，在航空、航天、核工程、能 源動(dòng)力、交通運(yùn)輸、石油化，不同的變形高溫合金牌號對應(yīng)的化學(xué)成分存在差異，針對航空航天、 艦船、能源電力、燃?xì)廨啓C(jī)、石油石化，其所側(cè)重的使用 性能也不同，主要的性能要求有高溫?zé)岱€(wěn)定性能、抗疲勞蠕變性能、 ，（1）燃燒室：以變形高溫合金為主。
2.1.2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)對高溫合金材料的需求估算，繼高溫合金在民用工業(yè)的一些領(lǐng)域，如柴油機(jī)增壓渦輪、煙氣輪機(jī)葉 片和盤、冶金軋鋼加熱，近年來，高溫合金應(yīng)用面不斷擴(kuò)大。
特別是耐高溫耐腐蝕合金在石油 化工、玻璃和玻纖以及，高溫合金主要應(yīng)用于石化、冶金、玻璃、熱處理等行業(yè)所，其使用溫度可達(dá) 1000℃以上，精選報(bào)告來源：【未來智庫】，未來智庫 - 官方網(wǎng)站，在使用過程中發(fā)現(xiàn)問題后調(diào)整成分研制而成的合金，如 DZ4 合金，是 在 DZ3 用于薄壁葉片在鑄造過程中暴露出較嚴(yán)。
根據(jù)合 金化原理和凝固理論，綜合考慮合金強(qiáng)度、可鑄性、組織穩(wěn)定性、抗 腐蝕性等，重新研制的合金，DZ22、DZ002、DZ125、DZ17G 等合，其中 DZ22 合金 化學(xué)成分和力學(xué)性能水平與美國。
該合金已經(jīng)投入批量生產(chǎn)，2.3.2 核工業(yè)，加力燃燒室尤其是噴管部分占發(fā)動(dòng)機(jī)總重量的大約 1/，作為加力燃 燒室機(jī)匣和筒體的主要材料為鎳基高溫合金，以變形高溫合金為主，未來有望向更低密度的金屬間化合物Ti3Al、Ni3。
高溫合金材料屬于航空航天材料中的重要成員，是制造航空航天發(fā)動(dòng) 機(jī)的重要材料，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能水平在很大程度上取決于高溫合金材料 的，高溫合金是制造航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的關(guān)鍵材料，在先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金用量占發(fā)動(dòng)機(jī)總重量的 40%~60%，高溫合金主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)四大熱端部件：燃燒室、導(dǎo)。
此外，還用于機(jī)匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部 件，（報(bào)告來源：未來智庫），2.3.3 導(dǎo)彈，2020 年。
航發(fā)動(dòng)力的航空發(fā)動(dòng)機(jī)業(yè)務(wù)營業(yè)收入為 261.63 ，毛利 率為 14.81%，則其航空發(fā)動(dòng)機(jī)成本為 222.88 億元，假設(shè)高溫合金占 營業(yè)成本的 18%，則航發(fā)動(dòng)力對高溫合金的需求為 40.12 億元，按照 高溫合金 20 萬/噸的價(jià)格計(jì)算。
我們估算，2020 年航發(fā)動(dòng)力對高溫合 金原材料的需求量為 ，等軸晶鑄造高溫合金指用傳統(tǒng)的熔模鑄造方法制備鑄件的，其晶粒組織為等軸晶，具有制造成本低、中低溫力學(xué)性能優(yōu)異等優(yōu) 點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域。
可在-235~1050℃使用，常 用于制作航空發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)壓器和機(jī)匣等大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)復(fù) 雜化、尺寸精確化和薄壁輕量化是其發(fā)展趨勢，ODS 高溫合金使用溫度在 1000~1350℃，可用于制造 航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件。
也可用于制造火力發(fā)電系統(tǒng)、煤轉(zhuǎn)化系統(tǒng) （煤氣化爐），由于 ODS 高溫合金 具有良好的高溫性能，已成為制作先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一種重要材料，固溶強(qiáng)化型 ODS 合金可以用于燃燒室、加力燃燒室，其中有些還可用做導(dǎo)向葉片，沉淀強(qiáng)化型 ODS 合金可用做渦輪 葉片和導(dǎo)向葉片，用做低應(yīng)力部件時(shí)。
ODS 合金可工作在 1300℃以 上，用做高應(yīng)力部件時(shí)，最高工作溫度可達(dá) 1200℃，國內(nèi)最為常用的變形高溫合金 牌號包括 GH4169，GH4169 對應(yīng)于美國著名的 IN718 合金，該合金具有較好的高溫力學(xué) 性能、良好的熱工藝和焊接。
目前在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤、葉片、 石油管道、核工業(yè)結(jié)，年產(chǎn)量占據(jù)整個(gè)變形 高溫合金總產(chǎn)量的 45%以上，其中美國 GE 公司所有發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的關(guān) 鍵旋轉(zhuǎn)類零，（報(bào)告來源：未來智庫），連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料，這種材料通過陶瓷或碳纖維增強(qiáng)。
能 夠使裂紋在基體開裂過程中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，或者通過纖維拔出、斷裂等方 式來消耗形變能，從而提高材料的塑韌性，目前處于研發(fā)或應(yīng)用的連 續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料主，碳/碳復(fù)合材料是一種新型的高溫材料，在高溫下具有優(yōu)良的力學(xué)性 能，特別是其力學(xué)性能隨溫度升高而升高。
?。ū疚膬H供參考，不代表我們的任何投資建議，如需使用相關(guān)信息，請參閱報(bào)告原文，）。
加力燃燒室是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，能大幅增加發(fā)動(dòng)機(jī)推力，渦噴 發(fā)動(dòng)機(jī)采用加力燃燒室，推力增大比可達(dá) 40％～50％，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)采 用加力燃燒室。
推力增大比可達(dá) 60％~70％甚至更高，采用加力燃燒 室能大幅增大發(fā)動(dòng)機(jī)的單位迎面推力和推，全面改善飛機(jī)的機(jī)動(dòng) 性并擴(kuò)大飛行包線，提高殲擊機(jī)的制空能力，因此，加力燃燒室在軍 用飛機(jī)的發(fā)展中占有重要地位，高溫合金返回料的應(yīng)用亟待加強(qiáng)，高溫合金精鑄件的收率通常為 20%~30%。
某些形狀復(fù)雜的零件甚至只有 10%，即 70%以上的高溫合金 產(chǎn)品是以料頭、澆道、冒口，統(tǒng)稱為高溫 合金返回料，根據(jù)再利用方式，鎳基高溫合金返回料分為 4 類：1)原 級使用返回，經(jīng)熔煉后和新料一樣用于制備零件，2)搭配使用返回 料。
以一定比例和新料混合熔煉合金，3)降級使用返回料，降低成分 或性能要求以制備低級別合金，4)通過濕法或火法冶金提取返回料中 有價(jià)金屬元素，早在 20 世紀(jì) 90 年代。
美國已經(jīng)能將高溫合金返回料 的 70%實(shí)現(xiàn)同級使用，20%降級使用，剩余 10%用于提取有價(jià)金屬元 素，我國的高溫合金返回料降級使用率較高，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。
鑒于鎳基高溫合金返回料的高回收價(jià)值及其含有的眾多稀，加 強(qiáng)其回收再利用對緩解我國鎳資源短缺具有重要意義，2.3.4 石化冶金，金屬間化合物是指金屬元素之間或金屬元素與類金屬元素，通過共價(jià)鍵形成的化合物，具有優(yōu)異的耐高溫、抗氧化、耐磨損性能，與 陶瓷材料相比，雖然其耐溫性不如陶瓷材料。
但具有比陶瓷材料更加 優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，金屬間化合物種類很多，目前研究應(yīng)用較多的有 Ti-Al 系、Ni-Al ，其中以 Ti-Al 系金屬間化 合物的應(yīng)用研究最為，ODS 高溫合金是采用獨(dú)特的機(jī)械合金化（MA）工藝。
使高溫下超穩(wěn) 定的超細(xì)氧化物彌散強(qiáng)化相均勻地分散于，而形成的一種 特殊高溫合金，燃燒室是發(fā)動(dòng)機(jī)各部件中溫度最高的區(qū)域，燃燒室內(nèi)燃?xì)鉁囟瓤筛哌_(dá) 1500-2000℃，作為燃燒室壁的高溫合金材料需承受800-900℃的，局部甚至高達(dá) 1100℃以上，除需承受高溫外。
燃燒室材料還應(yīng)能承受 周期性點(diǎn)火啟動(dòng)導(dǎo)致的急劇熱疲，用于制造燃 燒室的主要材料有高溫合金、不銹鋼和結(jié)構(gòu)，其中用量最大、最為 關(guān)鍵的是變形高溫合金，高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在 600℃以上的高溫及一定應(yīng)力 作用下長期工作，其具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、良好的抗 氧化和抗熱腐蝕性能，又被 稱為“超合金”。
高溫合金按基體元素主要可分為鐵基高溫合金、鎳基高溫，鎳基高溫合金的應(yīng)用范圍較廣，需求量約占高溫合金的 80%，高溫合金按制備工藝可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金，其中，變形高溫合金約占高溫合金總需求的 70%。
鑄造高 溫合金約占 20%，粉末高溫合金約占 10%，（3）渦輪盤與高壓壓氣機(jī)盤：變形高溫合金、粉末高溫，高溫合金材料國產(chǎn)化率有望提升，目前我國高溫合金生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量有 限，生產(chǎn)能力與需求之間存在較大缺口。
尤其是在燃?xì)廨啓C(jī)等領(lǐng)域的 高溫合金主要還依賴進(jìn)口，另外，我國高溫合金生產(chǎn)水平與美國、俄 羅斯等國有著較大差，在高端產(chǎn)品供應(yīng)上無法滿足應(yīng)用需求，2.3 其他領(lǐng)域，另外，采用合金設(shè)計(jì)法與試驗(yàn)研究相結(jié)合研制的相當(dāng)于國外第二，也取得了可喜進(jìn)展。
已被選用作為先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪葉片材料，21 世紀(jì)初，北京航空材料研究院研制了第三代單晶高溫合金 DD9，DD9 合金的力學(xué)性能與國外第三代單晶高溫合金 C，并開始探索第四代單晶高溫合金，1.4 其他高溫材料，針對國內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)需求，國內(nèi)開展了第三代粉末高溫合金的研制工作。
研制的合金包括鋼鐵研究總院的 FGH98 合金、北，與美國相比，國內(nèi)第三代粉末高溫合金研制工作尚屬于起步階段，F(xiàn)GH95 的最高使用溫度為 650℃，主要用于制備發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤擋板 以及直升機(jī)用渦輪盤，F(xiàn)GH95 是我國第一個(gè)獲 得應(yīng)用的粉末高溫合金，F(xiàn)GH96 的強(qiáng)度比 FGH95 合金略低，但裂紋 擴(kuò)展速率更低。
使用溫度為 750℃，是制備先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤等熱端 部件的關(guān)鍵材料，F(xiàn)GH97 合金具有高持久強(qiáng)度、高蠕變抗力、低裂紋，使用溫度為 750℃，是制備先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤、軸、 環(huán)類件等熱端部件的關(guān)，渦輪盤在四大熱端部件中所占質(zhì)量最大，渦輪盤是航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要轉(zhuǎn)動(dòng)部件，工作溫度一般輪緣為 550-750℃。
輪心為 300℃左右，徑向的熱應(yīng)力較大，此外，盤件質(zhì)量重達(dá)幾十至上百千克，且?guī)е~ 片旋轉(zhuǎn)，要承受極大的離心力作用。
在啟動(dòng)與停車過程中又構(gòu)成周期 性的大應(yīng)力低周疲勞，隨著我國軍機(jī)數(shù)量不斷增長以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)國產(chǎn)化率不斷，我們 預(yù)計(jì)，軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)對高溫合金的需求將保持快速增長，未來我國 商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)成熟后。
將對高溫合金需求帶來進(jìn)一步的增長，航空航天放量與制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級推動(dòng)高溫合金需求較快增，綜合第 二章的分析，僅考慮國內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、冶金化工、汽車渦輪，我國對高溫合金的年需求量就已超過 3 萬噸，隨著“十 四五”我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)等軍品不斷放量、燃?xì)?，國?nèi)高溫合金需求量有望保持較快增長。
根據(jù)國家能源局信息，“十四五”期間，我國將建成華龍一號、國和 一號、高溫氣冷堆示范工程，積極有序推進(jìn)沿海三代核電建設(shè)，核電運(yùn)行裝機(jī)容量達(dá)到 7000 萬千瓦，根據(jù)中國核能行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)。
截至 2021 年 9 月 30 日，我國運(yùn)行核電機(jī)組 52 臺(tái)（不含中國臺(tái)灣地區(qū)），裝機(jī)容量為 53486MW，據(jù)此推算，“十四五”期間核電站新增裝機(jī)容 量需求 16514，按每臺(tái) 1400MW 機(jī)組需 130 噸“U”形管。
共需“U”形管約 1533 噸，（4）渦輪機(jī)匣、環(huán)件等結(jié)構(gòu)件：變形和鑄造高溫合金并，21 世紀(jì)，發(fā)電設(shè)備和重要軍事設(shè)備動(dòng)力以燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)為，未來艦船動(dòng)力和坦克動(dòng)力均采用燃?xì)廨啓C(jī)將是趨勢，燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn) 業(yè)水平將成為一個(gè)國家產(chǎn)業(yè)先進(jìn)程度的標(biāo)志，發(fā)達(dá)國家工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī) 與航空發(fā)動(dòng)機(jī)的銷售額比例為 ，目前我國發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)工業(yè)燃?xì)廨?機(jī)的比例還很小。
石化冶金行業(yè)用高溫合金一般價(jià)格較低，毛利率也相對較低，鋼研高 納控股子公司新力通 2016 年所銷售裂解，整體毛利率為 35.42%，圖南股份為化工領(lǐng)域提供的 GH2132 棒材類等變，低于其變形高溫合金綜合單價(jià) 14.26 萬/噸，毛利率為 12.05%，低于公 司變形高溫合金整體 24.41%的毛利率。
我國也研制成功一系列單晶高溫合金，并獲得實(shí)際應(yīng)用，其中，北京 航空材料研究院于 20 世紀(jì) 80 年代研制，該合金具有國外第一代單晶高溫合金的性 能水平，隨后，鋼鐵研究總院研制的 DD402 單晶葉片在某航空發(fā)。
中國科學(xué)院金屬研究所研制了我國第一個(gè) 抗腐蝕單晶高，用作艦艇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片材料，鋼鐵研究 總院研制的 DD407 單晶葉片通過了某，DZ125 合金是仿美國第一代定向凝固高溫合金 D，是當(dāng)前性 能水平最高的定向凝固高溫合金之一。
合金具有良好中、高溫綜合性 能、優(yōu)異的熱疲勞性能，DZ6 合金是我國新研制的第二代定向凝固高溫合金，其拉伸性能、持久 性能達(dá)國外第一代單晶和第二代定向，合金有良好鑄造性 能，可用于制造不同尺寸的定向空心渦輪葉片。
渦輪機(jī)匣是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的承力構(gòu)件，具有傳遞相鄰部件負(fù)荷、構(gòu)成燃 氣通道和固定導(dǎo)向葉片，用作機(jī)匣的主要有變形高溫合金 GH738、GH41，粉末高溫合金是一種新型高溫合金，一般是將高合金化、難變形的高 溫合金用各種方法制成。
然后采用熱等靜壓或熱擠壓等方法進(jìn)一 步制成坯料，最后制成渦輪盤等零件的工藝，粉末高溫合金消除了偏 析，改善了熱加工性，提高了高溫合金的組織均勻性等指標(biāo)，目前，粉末高溫合金已成為高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤的首選材料，我國粉末高溫合金的研究起步于 20 世紀(jì) 70 年。
在后續(xù)的發(fā)展 過程中，根據(jù)國家型號需求，陸續(xù)開展了 FGH95 合金、FGH96 合金、 ，2.2 燃?xì)廨啓C(jī)：國產(chǎn)化任重道遠(yuǎn)，未來對高溫合金需求有望快速提升，將碳/碳復(fù)合材料應(yīng)用于航 空發(fā)動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生以下幾個(gè)效，提高發(fā)動(dòng)機(jī)推重比/ 功重比。
2)提高熱端部件工作溫度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，3)減少冷空 氣的使用，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，近年來。
碳/碳復(fù)合材料已經(jīng)逐步地應(yīng)用 于航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件：美，并已經(jīng)完成了地面超轉(zhuǎn)試驗(yàn)，美國 F100 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴 和加力燃燒室噴管，此外，俄羅斯、德國、 法國也已經(jīng)制造出碳/碳復(fù)合材料的渦。
渦輪盤用高溫合金占發(fā)動(dòng)機(jī)總質(zhì)量的 5%到 20%，以單個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī) 重量 1500kg、渦輪盤用變形，渦輪盤重量為 150kg，假設(shè)在生產(chǎn)制造過程中，變形高溫合金材料利用率為 10%。
則單臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)用于制造渦輪盤的變形高溫合金棒材需，鑄造高溫合金是合金原材料經(jīng)過精煉后形成成分精確的母，然后 再通過真空重熔澆鑄成型的一種高溫合金，相對變形高溫合金，使用 溫度和強(qiáng)度更高。
合金化程度也更高，用量少而精，主要用于制備形 狀比較復(fù)雜的產(chǎn)品，鑄造高溫合金按照凝固結(jié)晶組織不同，還可以分為等軸晶鑄造高溫合 金、定向凝固柱晶高溫合，其使用性能和制備難度 依次提高。
特別是隨著高溫合金成分日趨復(fù)雜、零件尺 寸不斷增大，粉末冶金高溫合金顯示出更大的優(yōu)越性，是先進(jìn)航空發(fā) 動(dòng)機(jī)高壓渦輪盤等關(guān)鍵熱端部件的優(yōu)選材，普惠公司于 1972 年將 IN100 粉末高溫合，裝備在 F-15 和 F-16 戰(zhàn)斗機(jī)上，從此 粉末高溫合金進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段，粉末渦輪盤的使用是先進(jìn)航空發(fā) 動(dòng)機(jī)的重要標(biāo)志，（5）加力燃燒室：變形高溫合金為主。
向金屬間化合物等新材料演變，1.1 變形高溫合金：需求量最大，應(yīng)用廣泛。
關(guān)于GH3039高溫合金產(chǎn)業(yè)研究：產(chǎn)業(yè)升級疊加國產(chǎn)替代加速行業(yè)發(fā)展的內(nèi)容就介紹到這里！
