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燃氣輪機用葉片合金的研究進展
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-07-18
燃氣輪機渦輪葉片主要包括各級渦輪的工作葉片和導向葉片。導向葉片的第一級是渦輪發動機上受熱沖擊最大的零件之一。目前，用于導向葉片的材料有鈷基合金FSX-414，鎳基合金GDT-222、ECY(768)，還有部分采用鑄造鎳基合金：IN939、IN738、MarM247LC等。為了滿足更高工作溫度要求，正計劃采用N5、DS GTD-222等單晶葉片。
??? 燃氣輪機是一種高效、節能、低污染的新型動力機械。燃氣輪機具有效率高、功率大、質量輕、尺寸小、啟動快、工程總投資少、運行成本低、可采用多種燃料、不用冷卻或少用水和壽命周期長等優點，被廣泛應用于發電、航空、航天、船艦、坦克、鐵路機車的動力裝置和天然氣輸送、油田注水、供熱、礦井通風等重要領域。其中，葉片材料具有重要作用。
燃氣輪機是以空氣為介質，依靠高溫燃氣推動渦輪機械連續做功的大功率、高性能動力機械。其原理是由壓氣機連續不斷地從外界大氣中吸入空氣并增壓，壓縮空氣在燃燒室進口被噴入燃料進行摻混，然后點火燃燒。在短短幾十厘米的距離內空氣溫度會上升數百甚至上千度，壓力也會激增。高溫高壓的燃氣從燃燒室出口噴出并開始膨脹，同時推動渦輪葉片做功，其中，用高溫合金制造的渦輪葉片起著關鍵作用。
要實現燃氣輪機的大容量、高效率、高性能，提高渦輪前進口溫度是最重要的措施和發展途徑之一。要提高渦輪前進口溫度和燃機性能，關鍵是提高葉片承溫能力，這與材料承溫能力的提高有關。
與航空發動機相比，燃氣輪機熱鍛零部件的工作環境要惡劣得多。地面或艦用燃氣輪機大多采用柴油，其中含有硫、鈉等雜質，會造成熱腐蝕對高溫合金部件有較大的破壞作用；艦艇在海中航行，海鹽在空氣中以懸浮顆粒形態存在。當NaCl粒子隨空氣經過壓氣機進入渦輪，就會使葉片上沉積Na2SO4等熔鹽膜而發生熱腐蝕反應。地面或艦用燃氣輪機要求壽命長，通常要達到幾萬乃至幾十萬小時；另外，重型燃機葉片尺寸偏大，給其鑄造工藝帶來難度。因此，燃氣輪機葉片用高溫合金要有良好的高溫強度，良好的抗腐蝕性能，長期的組織穩定性以及良好的工藝性能。
燃氣輪機渦輪葉片主要包括各級渦輪的工作葉片和導向葉片。導向葉片的第一級是渦輪發動機上受熱沖擊最大的零件之一。目前，用于導向葉片的材料有鈷基合金FSX-414，鎳基合金GDT-222、ECY(768)，還有部分采用鑄造鎳基合金：IN939、IN738、MarM247LC等。為了滿足更高工作溫度要求，正計劃采用N5、DS?GTD-222等單晶葉片。
迄今為止，歐美諸國及日本已先后開發出多種燃氣輪機渦輪葉片合金，近年來，我國的材料研究學者及有關專家也不甘落后，先后開發了幾種燃氣輪機用渦輪葉片合金，見表1。
表1??我國研制的幾種燃氣輪機用渦輪葉片合金
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合金名稱
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合金特性描述
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K438合金
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K438合金是由中科院金屬研究所等科研單位開始研制的，其化學成分類似于美國王牌抗熱腐蝕合金In738。該合金的綜合性能達到了In738合金的同等水平，具有良好的抗熱腐蝕性能、機械性能和工藝性能，組織穩定，適用于海上和陸基工業燃汽輪機。
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K438G合金
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K438G合金是為斯貝艦改燃氣渦輪葉片和導向葉片研制的，其抗熱腐蝕性能與美國合金In738相當，而使用溫度可提高20～25℃。
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K435，K444，K452和GH4413
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這四種新研制的抗熱腐蝕高溫合金的抗張強度和屈服強度都明顯優于K438合金，而塑性則基本相當。
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G3合金
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鋼鐵研究總院研制的一種低成本、高性能燃氣輪機用定向凝固合金，通過合金成分的調整，其具有足夠的抗熱腐蝕性能，足夠的γ'數量，Ti/Al比大于1，合金使用溫度提高，合金晶界得到強化，經濟性提高。
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