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彭建强张宏涛王景生闫红博哈尔滨汽轮机机厂有限负担公司黑龙江科技大学

导读：文章对照解析了国表里中小燃气轮机压气机轮盘/叶片、透平涡轮盘/叶片等关键部件用钛合金和变形高温合金的化学成份、力学本能等特征，并引见了变形高温合金的锻炼工艺特征，为国里面小燃气轮陷阱键部件用钛合金和变形高温合金的研发和运用供应了援助。

关键词：中小燃气轮机，钛合金，变形高温合金，化学成份，拉伸本能

与其余保守动力比拟，中小燃气轮机具备功率大、机关紧凑、品质轻、维持便利、牢靠性高档益处，自降生之日起就遭到产业界的高度注重，在电力产业、管道运送、石化冶金、舰船动力等周围赢得了宽泛运用。是以，天下列京城特别注重中小燃气轮机的研发和运用。当前，国表里中小燃气轮机压气机轮盘/叶片、透平涡轮盘/叶片等关键部件遍及采纳钛合金、变形高温合金等创造。

此中，钛合金具备比强度高、密度低等益处，变形高温合金具备成型简捷、精细性高、归纳本能好等益处。天下出名的中小燃气轮机公司都特别注重钛合金和变形高温合金材料的研发和运用。

1钛合金

由于中小燃气轮机宽泛用做舰船动力装配，对机组分量有较高请求。是以，压气机叶片、轮盘等关键部件洪量采纳钛合金创造。当前，中小燃气轮机压气机应用较多的钛合金有TC4（海外招牌：Ti-6Al-4V）、TC11（海外招牌：BT9）、TA19（海外招牌：Ti）等。

TC4（Ti-6Al-4V）钛合金是美国于年研发胜利的Ti-Al-V系α-β型钛合金，含有6%的α安稳元素Al和4%的β安稳元素V。TC4钛合金的重要特征是具备优秀的归纳本能和卓越的工艺特征，应用温度为℃。该合金的运用特别宽泛，其产量险些达钛合金总产量的一半。

TC11钛合金是一种归纳本能卓越的α-β型钛合金，在℃如下具备优秀的热强本能，而且具备较高的室温强度。该合金还具备卓越的热加工工艺性（囊括常例工艺本能和超塑性），也许实行焊接和百般方法的机加工。当前，跟着TCl1钛合金运用的不休扩张，该合金的β热管教及等温锻已赢得飞快的停顿。

TA19是一种近α型钛合金，表面成份为Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo，含有α安稳元素Al，中性元素Sn和Zr，同晶型β安稳元素Mo，共析型β安稳元素Si。Mo能抬高室和气高温抗拉强度，加强安稳性；而Al、Sn和Zr的综配合用，可维持永劫间耐久和蠕变的高温强度；增加Si会引发硅化物弥漫相的沉没，有益于革新高温蠕变强度。该合金在℃还具备很高的强度，最高长久办事为℃。钛合金材质的化学成份见表1。

表1钛合金材质的化学成份

图1TA19和TC4在不同温度下的强度

图1是TA19和TC4在不同温度下的强度。从图中也许看出：在各个温度下，TA19的强度远高于TC4。

2变形高温合金

▏归纳

当前，国表里中小燃气轮陷阱键部件用典范变形高温合金处境见表2

表2典范变形高温合金处境

▏化学成份

国表里中小燃气轮陷阱键部件用典范变形高温合金化学成份见表3。

表3变形合金化学成份

1）CrCr的重要效用之一是抗氧化和抗热侵蚀。合金中Cr含量唯有大于15%，即便Al含量小于5%，也也许在高温合金表面构成精细而粘附性优秀的掩护膜。图2是典范变形合金的Cr含量。也许看出，这些合金的Cr含量相对较低，根基在15%左右。这主借使由于这些合金重要用于办事温度较低的压气机轮盘和叶片以及涡轮盘，氧化和热侵蚀处境都不是很卑劣。

图2典范变形合金的Cr含量

2）Al和Ti关于含有Al、Ti的时效加强合金，通罕用（Ti+Al）和Ti/Al比表征合金加强成就。这是由于：

1）这种合金重要仰仗γ＇（Ni3(Al,Ti））相加强，因而（Ti+Al）含量越高，则合金的高温蠕变耐久强度越高；

2）γ＇相为面心四方机关，在高温永劫间走漏，简捷转换成更为安稳的密排六方机关的η（Ni3Ti）相。转换后的η相在晶界以胞状存在，在晶内以片状存在。这2种存在方法都市减低合金的强度。典范变形合金的Ti、Al及（Ti+Al）含量如图3所示。也许看出，

1）5种Ni基合金的（Ti+Al）含量均在4%~6%，其余7种合金，除GH外，（Ti+Al）含量均不超出3%；

2）除GH、GH外，合金的Ti/Al比均大于1，GH、GH、GH、GH、GH、GH等合金的Ti/Al比更是弘远于1，这与GH和GH合金的应用温度较高，而其余合金应用温度相对较低有很好的对应关连。

图3典范变形合金的Ti、Al及（Ti+Al）含量

（3）W、MoW和Mo的原子半径都较量大，W比Ni、Co、Fe的半径大11%～13%，Mo大9%～12%。是以，W和Mo在高温合金中重要起固溶加强效用。关于W和Mo的固溶加强效用，每每采纳Mo当量（Mo+0.5W）表征。图4是典范变形合金的W、Mo含量及Mo当量。也许看出：

1）GH是惟一齐时含有W和Mo的合金，且其Mo当量最高，具备典范的俄罗斯研发合金特征。俄罗斯W和Mo矿产较量丰厚，因而其高温用合金多采纳W、Mo实行固溶加强。GH合金应用温度高达℃。

2）铁基合金GH固然不含有Nb，然则含有高达5.7%的Mo，因而其应用温度与Nb含量较多铁镍基合金GH和GH相当。

3）GH、GH和GH3种Ni基合金的Mo当量较高，因而其应用温度也较高。

4）CoGH、GH和GH3种合金均含有10%～20%的Co，这是由于Co与Ni属于第ⅧB族，经过固溶加强显著抬高合金的耐久强度，固溶在基体中的Co元素还升高Al和Ti在基体中的熔解度，进而抬高γ＇沉没加强相的数目，同时，γ＇相的成份会变成（Ni，Co）3（Al,Ti），抬高γ＇相的熔解温度。是以，这3种合金具备相对较高的应用温度。

图4典范变形合金的W、Mo含量及Mo当量

▏拉伸本能

不同温度下的拉伸本能是中小燃气轮机用变形合金的重要本能目标之一。化学元素和温度对燃气轮机轮盘用高温合金强度的影响水平如图5所示，从图中也许看出：

1）温度对材料强度的影响最大；

2）化学元素中Ti的影响最大，其次是Nb；

3）Ti对立拉强度的影响大于服从强度；

4）Nb对服从强度的影响大于抗拉强度。

图5化学元素和温度对燃气轮机轮盘用高温合金强度的影响水平

对中小燃气机轮盘用高温合金在℃的强度和Ti、Nb含量实行了统计，如图6所示。

（a）强度

（b）Ti、Nb含量

图6中小燃气机轮盘用高温合金在℃的强度和Ti、Nb含量统计

从图6也许看出：

1）GH、GH和GH3种铁镍基合金的服从强度逐步增高，GH的抗拉强度最高，GH次之，GH的抗拉强度最低，这与Ti和Nb对强度的影响有较量好的对应关连；

2）GH和GH2种镍基合金比拟，GH的服从强度和抗拉强度均略高于GH，这与其Ti含量与GH相当，而其Nb含量高于GH有较好的对应关连；

3）3种铁镍基合金的屈强比相对，3种镍基合金的屈强比也相当；

4）3种镍基合金的屈强比均大于3种铁镍基合金，说镍基合金的塑性更好一些。

▏锻炼工艺

从表3也许看出，这些变形合金的成份都相对简捷，时时采纳双联锻炼工艺便可知足应用请求。罕用的双联工艺囊括真空感想（VIM）加真空自耗工艺（VAR）或真空感想（VIM）加电渣重熔工艺（ESR）。然则关于含Nb的4种合金，GH、GH、GH和GH，特为是关于Nb含量高达5.1%的GH合金，最好的锻炼工艺应为三联工艺，即真空感想（VIM）加电渣重熔工艺（ESR）加真空自耗工艺（VAR）。主借使为了防止Nb元素偏析构成的黑斑冶金缺点。

3归纳

国表里中小燃气轮机压气机轮盘/叶片、透平涡轮盘/叶片等关键部件用钛合金和变形高温合金的化学成份、力学本能等特征的特征，实行了对照解析，并引见了变形高温合金的锻炼工艺特征，给放洋里面小燃气轮陷阱键部件用钛合金和变形高温合金的研发和运用倡议：

1）TC4固然是中小燃气轮机顶用处和用量最大的钛合金，然则其应用温度有限，仅为℃，假若超出该温度，应采用高温本能更好的TC11或TA19；

2）在选材时，应按照工况前提，归纳斟酌Cr、Ti、Al、Mo、W、Co等合金元素的效用，保证所选材料具备最好的合金成份配比；

3）Ti、Nb等元素显著影响涡轮盘锻件的拉伸强度，同时收拾Nb元素的偏析是轮盘锻件用材锻炼的难点，是以，关于涡轮盘用变形合金的研发和运用应充足斟酌Ti、Nb的最好配比。

第一做家简介：彭建强（-），男，硕士，高档工程师，卒业于哈尔滨产业大学，长久从事汽轮机和燃气轮机材料研发和运用探索办事。

END

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