高温合金特点及其应用领域

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，又被称为“超合金”，主要应用于航空航天领域和能源领域。

高温合金材料的加工特点

　　高温合金一般可划分为铁合金、钛合金以及钴合金，这类合金具有耐高温的特性，但是这增加了其加工难度。通常在加工过程中的切割力和高温共同作用下，加工的合金很易变形或者破碎，进而会使加工件毁坏。部分的合金在加工过程中会产生表面硬化现象，这会导致工件受力不均匀，极易对加工的零件精度造成影响。

　　在钛合金加工过程中会出现上述问题。加工钛合金需要的切削力较强，远高于钢需要的切削力，但是钛合金本身具有的特殊性，同样造成了加工困难。主要的原因有：

　　1、高温合金包括钛合金在加工过程中极易硬化;

　　2、钛基的合金导热性能比较差，这就使得加工过程中产生的热量全部聚集在刃上;

　　3、钛合金的弹性较差，在进行切削时，使工件的精度容易受到影响;

　　4、在所有的合金中，钛合金化学性能是最为活泼的。

　　这就导致在加工过程中易发生化学反应，使工件产生质量问题。这说明了高温合金的加工需要特殊的加工技术来实现。

高温合金的应用

　　高温合金由于具有良好的高温蠕变性能，优异的抗腐蚀性能和磨蚀性能，以及良好的长期组织稳定性和工艺性能，在能源工业领域中的应用愈来愈重要，愈来愈广泛。

　　1、航空航天领域的应用

　　高温合金从诞生起就用于航空发动机，在现代航空发动机中，高温合金材料的用量占发动机总重量的40%～60%，主要用于四大热端部件：燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘，此外，还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。

　　航空航天产业属于战略性先导产业，世界航空航天市场总额已高达数千亿美元，并且正以每年10%左右的速度稳步增长。

2、燃气轮机领域的高温合金需求状况

　　燃气轮机是高温合金的另一个主要用途。燃气轮机装置是一种以空气及燃气为介质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机。燃气轮机的基本原理与蒸汽轮机很相似，不同处在于工质不是蒸汽而是燃料燃烧后的烟气。燃气轮机属于内燃机，所以也叫内燃气轮机。构造有四大部分：空气压缩机，燃烧室，叶轮系统及回热装置。

　　燃气轮机的最大优点是不需连杆、曲柄、飞轮等装置，又不需锅炉，因此体积小、重量轻，功率大到100000～200000千瓦，效率高达60%，广泛用于船舶动力、发电等。

　　因燃气轮机喷射到叶轮上的气体温度高达1300℃，因此叶轮需要用高温合金来制造。

　　从国际发展的趋势来看，为了提高热效率和增加机动性，需要发展大功率的(大于100MW)工业燃气轮机组，这对材料提出了更高的要求。以涡轮叶片为例，因采用劣质燃料，加上地面工况条件差，特别是在高温下(>1300℃)、连续工作时间很长(以万小时计)，更需要耐热腐蚀、抗冲刷的高温合金和耐热涂层。目前我国每年花费在进口涡轮叶片备件上就达上亿美元。国内燃气轮机发展前景为高温合金的使用提供了巨大的空间，而且每年的备件供应将是非常稳定的需求，初步估计市场空间在10亿元以上。

　3、汽车废气增压器涡轮

　　汽车废气增压器涡轮也是高温合金材料的重要应用领域。废气增压器涡轮生产在国外已有60多年的历史。目前，国外的重型柴油机增压器配置率100%，中小型柴油机也在不断地增大其配置比例，如英、美、法等国家已达80%左右。

　　废气涡轮增压器具有减少有害排放、降低噪声污染、提高机械效率、提升功率等优点。目前，我国涡轮增压器生产厂家所采用的涡轮叶轮多为镍基高温合金涡轮叶轮，它和涡轮轴、压气机叶轮共同组成一个转子。

　　据中国汽车工业协会2009年2月4日发布的统计显示，2008年，汽车累计产销934.51万辆和938.05万辆，同比增长5.21%和6.70%，汽车销量比2003年的439万辆翻了一番。由此推算，2008年中国汽车工业仅涡轮转子对高温母合金的需求就在1,900吨以上。此外内燃机的阀座、镶块、进气阀、密封弹簧、火花塞、螺栓等都可以采用铁基或镍基高温合金。

　4、原子能工业市场

　　原子能工业使用的高温合金包括：燃料元件包壳材料、结构材料和燃料棒定位格架，高温气体炉热交换器等，均是其他材料难以代替的。我国要陆续建成10座60万千瓦的核电站。每座60万千瓦的核电站需用蒸发器"U"形传热管100吨。此外，还有大量的堆内构件用不锈钢精密管和控制棒、核燃料包套管等。这样仅一座60万千瓦的核电站堆芯约需要各类核级用管600多吨。

　　核电用高温合金目前不属于本公司主要市场，但随着核电发电设备逐步实现国产化，将带动对国产高温合金的需求。核电用高温合金市场将是公司未来着力进入的目标市场。

　　5、其它领域的高温合金需求

　　高温合金材料在玻璃制造、冶金、医疗器械等领域也有着广泛的用途。在玻璃工业中应用的高温合金零件多达十几种，如：生产玻璃棉的离心头和火焰喷吹坩埚，平板玻璃生产用的转向辊拉管机大轴、端头和通气管、玻璃炉窑的料道、闸板、马弗套、料碗和电极棒等。冶金工业的轧钢厂加热炉的垫块、线材连轧导板和高温炉热电偶保护套管等。医疗器械领域的人工关节等。

　　通过以上分析，高温合金有着一个庞大的国内外市场。随着中国工业的持续发展，高温合金的市场将稳定的增长。