(3)燃气轮机领域高温合金材料的需求
导向叶片的第一级是涡轮发动机上受热冲击最大的零件之一[3]。燃气轮机工作时作用于叶轮片上的气体温度高达1300℃,普通材料难以满足其需求,所以叶片的生产对用高温合金材料的性能要求极高。燃气轮机用高温合金材料,是高温材料的另外一个主要的消费市场。燃气轮机是一种以空气及燃烧介质的旋转式热力发动机,它有着与喷气式飞机发动机相类似的结构,也与蒸汽轮机相似,不同的是燃气轮机属于内燃机器。燃气轮机主要耐热结构有空气压缩机、燃烧室、叶轮系统和回热装置四个部分。
相比于其他装置,燃气轮机具有很多益处,如不需要连杆、曲柄、飞轮等易损装置,而且它还不需要锅炉,因而装置占地面积小,重量轻,易于安装及运输,最大的优势是它的功率大,效率高,被大量的应用于船舶动力、发电等方面。
目前,燃气轮机在发电领域被大量的应用,其发电容量在逐年快速增加,其对于高温合金材料的需求也是巨大的。
(4)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 。近十年间,中国的汽车数量每年都以井喷式的增加,推动了汽车产业的大踏步发展。同时,对于配件生产企业也是巨大的机遇,与发动机相关的零部件对于高温合金的需求量巨大。
废气增压器涡轮生产起步于20世纪50年代,已有半个多世纪的应用历史。在发达国家,其载重量大的柴油机增压器应用率高达100%,而且废气增压器在中小型柴油机中的应用比例也有不断上升的趋势,在发达的欧美国家其应用比例已经到达80%左右。废气增压器应用于柴油机,有着尾气无害化处理,减少声音污染,提高柴油机工作效率等诸多优势。目前,在我国增压器的生产采用的涡轮叶片多为镍基高温合金材料,其对于高温材料的需求是巨大的。此外,汽车用内燃机的吸气装置、打火装置、阀座等都可以使用高温合金材料。
(5)原子能市场需求
在原子能工业中,高温材料合金主要使用在燃料元件包壳材料、结构材料和燃料棒定位格架、以及高温气体炉热交换器中。由于各种原因,核电站的建设对于高温合金的需求是巨大的。随着国家的能源调整,未来会有更多的核电站建设投产,将带动对高温材料的需求,高温合金材料消费数量极其巨大。
(6)其他领域的高温合金需求
高温合金材料在高强玻璃生产、金属冶炼、医疗装备器械等产业也有着大范围的应用。在玻璃生产工业中用到的高温合金材料零件就达到几十余种,例如原料存储碗、电极棒材、生产玻璃棉的离心头等。在金属冶炼领域里的轧钢厂加热炉垫块、高温炉热电偶保护套管等。医疗装备器械工业中的仿生关节等。
1。3 镍基高温合金的成分、组织及其性能
镍基合金是高温材料领域应用范围最为广泛的,同时其在高温条件下的强度也是最优的。究其原因,一方面镍基合金具有较优的溶解性,大多数合金元素均可以溶解其中,并可以保证优良的组织稳定性;另一方面,镍成分可以与合金元素形成共格规律的γ’相金属间化合物,如Ni3Al、Ni3Ti,FeNi3,它们可以作为材料强化相,使材料强化水平得到有效提高,达到比铁基和钴基高温合金更高的服役温度,更高的强度;此外,镍基合金相比于其他高温合金材料具有更优良的耐氧化能力和耐燃气侵蚀能力。
镍基高温合金材料可以溶解十余种合金元素,其中Cr起到耐氧化和耐侵蚀的效果,剩余元素起到强化作用,它们主要是钨、钼、钴、钒、铝、钛、铌、钽、硼、锆、镁和稀土元素等。