定向凝固高温合金国内外研究现状.docx

定向凝固高温合金国内外研究现状　　20世纪80年代末及90年代初，在美国及俄罗斯相继涌现出第二代定向凝固高温合金，如René150、PWA1426、CM186LC、René142和ЖKC32等第二代定向凝固合金含有3%Re，以增强γ相固溶强度，其性能水平与第一代单晶高温合金相当，承温能力比第一代定向凝固高温合金提高28~35℃其中CM186LC和René142是广泛应用于商业和军事喷气发动机的第二代定向凝固涡轮高温合金合金CM186LC是在CM247LC合金基础上加3%Re，极大提高了合金蠕变强度与第一代定向合金比，第二代合金成分的特点是降低C、Ti和Zr量，以改善合金塑性和晶界开裂抗力，适当降低W、Mo含量，有助于改善合金组织稳定性该合金被用于复杂冷却导向器组合件和较大尺寸低压涡轮叶片合金在双时效状态使用，不需固溶处理，这对那些由于固溶处理引起再结晶的部件更具吸引力在高于980℃温度下，合金强度介于定向凝固合金DS CM247LC和第一代单晶高温合金CMSX-2 和CMSX-3 之间René142合金是美国GE公司开发的一种用于商业和军用喷气发动机的高强度镍基定向凝固汽轮机合金，是基于René150基础上研制出的。

René142蠕变强度和纵向断裂强度相当于第一代单晶高温合金RenéN4、PWA1480和CMSX-3，由于该合金具有最佳Ta+Al+Cr含量，同时没有Ti，抗氧化性能优于第二代单晶高温合金CMSX-2、PWA 1484 :　　日本金属材料研究所开发的第三代定向凝固高温合金TMD-103是在含5%Re的第三代单晶高温合金中加晶界强化元素C和B的定向凝固合金，在137 MPa应力下的蠕变断裂强度比第二代定向凝固高温合金高36℃具有与第二代单晶合金CMSX-4相当的蠕变强度而抗氧化性能比CMSX-4合金好定向凝固高温合金TMD-103被认为在工业汽轮机，船用燃气轮机和航空发动机方面最有前途的高性价比涡轮叶片材料　　日本研制出第四代DS合金TMD-107，是在组织稳定性优越的含Ru和Mo的第四代单晶合金TMS-138的基础上添加晶界强化元素C和B的定向凝固合金，比第三代DS合金TMD-103具有更高的蠕变强度和组织稳定性合金的性能水平与第三代单晶高温合金相当　　国外典型定向凝固高温合金的化学成分　　国内合金的发展　　我国定向凝固高温合金始于20世纪60年代末先后自制和仿制近十个牌号性能较高的定向凝固高温合金及相应工艺。

我国第一代定向凝固高温合金已经发展成熟，多种牌号合金已经成功用于服役和在研发动机上，而且已开始对第二代定向凝固高温合金进行研究表2给出了国内定向凝固高温合金的化学成分按原有普通铸造合金成分，与定向凝固技术相结合而发展的合金，例如DZ3、DZ5等，分别是在普通铸造高温合金K403和K405合金基础上，采用定向凝固技术研制而成的定向凝固镍基铸造高温合金DZ3合金与普通铸造合金K403比，750~850℃的拉伸塑性提高2~3倍，持久强度提高60~130 MPa，热疲劳寿命提高近100倍，该合金的性能水平与苏联的定向合金ЖC6KHK相当DZ5合金与普通铸造合金K405相比，中温持久寿命提高4~6倍，持久塑性提高3~4倍，高温持久寿命提高约1倍，热疲劳寿命提高约10倍 源自-六~(维^论`文^网(加7位3249`114　　在使用过程中发现问题后调整成分研制而成的合金，如DZ4合金，是在DZ3用于薄壁叶片在铸造过程中暴露出较严重热裂倾向后，根据合金化原理和凝固理论，综合考虑合金强度、可铸性、组织稳定性、抗腐蚀性等因素，重新研制的合金该合金有强度高、密度低、价格便宜及良好可铸性等特点，持久比强度高于DZ5、DZ22和DZ002等定向凝固合金，与国外含Hf定向合金PWA1422的力学性能相当。

　　DZ22、DZ002、DZ125、DZ17G等合金是仿制合金，其中DZ22合金化学成分和力学性能水平与美国广泛应用于先进航空发动机的高强度定向合金PWA1422大致相当，该合金已经投入批量生产DZ125合金是仿美国第一代定向凝固高温合金DS René125合金，是当前性能水平最高的定向凝固高温合金之一，合金具有良好中、高温综合性能、优异的热疲劳性能，其性能水平达到甚至超过美国广泛应用定向高温合金PWA1422合金合金中Ti的含量较低，含有1.5%Hf，使合金有良好的铸造性能、组织稳定性且没有明显的薄壁效应　　DZ6合金是我国新研制的第二代定向凝固高温合金，该合金含ω（Re）3%，ω（W+Mo+Re+Ta） 量达16%，ω（Al+Ta） 量大于12%，同时含Co、Cr、Hf、C、B等，不含Ti和Zr合金拉伸性能、持久性能达国外第一代单晶和第二代定向合金性能水平，合金有良好铸造性能，可用于制造不同尺寸的定向空心涡轮叶片　　我国在20世纪70年代初，为满足舰用燃气轮机和大功率地面燃气轮机需求，开展耐热腐蚀定向凝固高温合金研究典型的是DZ38G合金，在IN738合金基础上，调整Al、Ti量，经定向凝固得到。

合金有和K438合金相同的抗氧化和耐热腐蚀性能，强度显著提高，使用温度约提高45℃，合金组织稳定性好[ 。