铌合金高温材料_铌与高温合金

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我知道的高温材料-含铌高温材料的应用现状

摘要:高强妮合金具有比重小、强度高、韧性好、易焊接等优点，是制造高性能航空航天吃行器高温部件的重要材料，研究者通过碳化物强化、高温固溶淬火、人变形挤压、时效和热机械处理等方法研制出系列高强妮合金。航空航天高温结构件减重是研究新型妮合金的一个重要方向，选用密度为6-7.2 g/cm3耐的系列低密度妮合金，无涂层可在700℃以下工作，加涂层可在1 200℃以下工作。本文综述了含铌高温材料在航空航天工业以及民用工业中的应用。

关键词：低密度铌合金材料、航空航天工业、凃层、铌合金 1前言

据有关资料统计 , 世界铌总贮藏量约为3800 万 t。巴西是世界第一铌资源大国 , 其贮藏量和生产量最多 , 贮藏量约 2300 万t,占世界总量的 60%。其次是澳大利亚、加拿大、前苏联等国家。中国也是铌资源较丰富的国家 ,贮藏量占世界总量的 17% 左右。丰富的自然资源是铌工业发展的重要保障和优越条件。近年来 , 世界对铌的需求趋于稳定发展。

妮与其它高温结构材料一钨、铂、镍、钢等相比，具有熔点高、密度小、塑韧性和焊接性能好、比强度高等突出的优点，是更高温度使用的新型航空航天结构件的备选材料。妮合金按照强度和塑性的不同，分为高、中、低强妮合金，国外中、低强妮合金在1970年前后己研制成熟;高强度铌合金的研究从20世纪70年代开始，分为固溶强化为主和弥散强化为主两种，国外(主要是前苏联和美国)对高强铌合金制备技术进行了深入研究，我国在该类材料的研究还属空白。低密度铌合金是先进航空航天发动机和小推力火箭发动机的重要候选材料之一。但是，锯合金材料抗氧化性能差，纯金属锯在600℃即存在氧化现象，随着氧化进一步加重，氧化物与金属界面上产生的内应力使氧化层开裂，之后发生灾难性氧化，严重影响了材料在高温有氧环境下的应用。因此，锯合金作为高温结构材料应用的关键性问题是提高其抗氧化性能。本文主要讲述含铌材料高温应用现状及特点。2航天航空工业用铌

航天航空工业是是高纯铌的主要应用领域。多数用作各种火箭和飞船的发动机和耐热部件。据报道 , 最新设计的重返地球的航天飞机中 , 约用铌 2700kg。N b 2 10Hf 等合金用于发射通讯卫星的火箭助推器。N b-1Zr 等合金可使火箭推进控制达数千次起动的要求 ,用于火箭轨道调整和阻力补偿发动机、航天飞行器的反作用控制发动机等。军用飞机用铌量与日俱增 , 目前已达到空前水平。在美国 , 实际上所有的喷气式战斗机发动机的耐热部件都采用铌耐热合金 , 如每台 F — 15 和 F — 16 战斗机的发动机分别用铌 78kg 和钛 2400kg。

新型铌材料低密度铌合金的优点是密度小、比强度高、抗氧化性能优于高妮含量的妮合金(Nb+W>80%，质量分数)，能够与常用的妮合金和钦合金焊接，缺点是室温塑韧性较差。不加抗氧化涂层可在550-800℃大气环境中使用而不被氧化，加抗氧化涂层可在800-1 300℃大气环境中使用，当涂层破坏后，合金基体不会立即被烧穿和破坏。航空航天高温结构件减重是研究新型铌合金的一个重要方向，选用密度为 6 ~7.2 g /cm3的系列低密度铌合金，无涂层可在 700 ℃以下工作，加涂层可在 1 200 ℃以下工作，低密度妮合金材料的制备方法很多，有真空烧结法、热等静压法、电弧熔炼法、等离子熔炼等。采用粉末冶金法很容易获得成分均匀的合金材料，但由于杂质元素含量高，材料硬脆、塑性较差。熔炼是常用的合金制备方法，由于合金中的Nb、Ti、Al元素熔点、密度相差很大，给熔炼均匀合金成分铸锭带来很大困难。等离子熔炼是一种很好的熔炼方法，真空自耗电弧熔炼法生产的铸锭易出现偏析、气孔和裂纹等缺陷。近几年，激光和电子束快速成型技术在金属零件的制备方面发展很快，采用3D打印技术制备复杂形状和薄壁妮合金零件成为一个新的研究方向。含铌高温合金在民用工业中的应用（1）柴油机﹑内燃机增压涡轮

年代以来，欧美等国增压涡轮材料多采用 Inconel713C 镍基合金和 X-40钴基合金，前苏联的涡轮材料为ЭП-787Л和 BЖ36-Л3,此外美国和日本还采用CRM-6D 铸造耐热钢制作增压涡轮。经过多年开发,K213 和 K218 合金精铸的增压涡轮已经广泛用作坦克﹑船舶﹑冶金矿山﹑农用机械﹑石油钻机﹑大型运输载重车辆等领域的发动机上,推广应用的柴油机增压器型号近 30 种,内燃机车型号有 45GP80 和 1301 等.10 余年来，钢研总院﹑济南柴油机厂﹑潍坊柴油机厂﹑戚墅堰机车车辆所等单位已经形成批量生产基地，年生产量达 15000 件以上。

（2）玻璃工业离心头

离心头是离心喷吹玻璃棉的关键部件，1250℃的熔融玻璃在离心头的2400r/min 转数的离心作用下，通过离心头侧壁的 7000 个φ1mm 小孔,甩制成φ7μm 以下的玻璃棉.离心头长期处于 980 摄氏度高温高速旋转下工作，既受高温高速燃气的氧化腐蚀和直接冲刷，又受高碱熔融玻璃的冲刷和腐蚀(3)石化工业应用

乙烯是石油化工的三大合成材料的基础原料之一.乙烯的生产能力标志各国石化工业的发展水平。我国 70 年代初即开始引进大型的乙燃装置。生产乙烯的装置是乙烯裂解炉，高温炉管是乙烯裂解炉的关键部件。裂解炉管在 1000℃以上高温下长时间工作，又处于腐蚀性介质气氛下，目前世界各国主要采用高铬镍合金并通过离心铸造法生产。1993 年首批 ZG4Cr25Ni35WNb 合金炉管安装在盘棉天然气化工厂的 SRT-IXHS 型裂解炉第一程炉管，该炉管原采用日本久保田公司的 KHR35C-HISI 合金铸管，管壁设计温度为 1150℃。目前使用时间已达 6000小时。4 结语

低密度妮合金的比强度高于高温合金，塑性适中、焊接性能好，它的突出优点是比重小，是未来航空航天提高使用温度、减轻高温结构件重量的必选材料，但大尺寸低密度妮合金材料的制备技术尚需深入研究。

现在使用铌合金，将巨大地推动了铌合金的应用；或用于一个好的投资项目，比如，载人的国际间星际探险计划，或用于大规模、威胁到世界和平以及伴随着非法武装的计划。由于超音速飞机的应用，我们乐观地看到铌合金是具有优势的材料，能够用于制作超音速冲压式喷气发动机的部件。大体上说，政府投资鼓励铌合金发展计划（特别是多重的、平行的）不可能再发生。除非开辟一些独特的领域，新产品尺寸的提高伴随着使用更大尺寸的喷气防护罩，可能会在一定程度上推动 C103 合金薄板的消费。过去的一些老合金可能被重新使用的情况未必能出现。自由贸易仍占主导地位，像其它特殊材料一样，铌合金的应用也将建立在优良的性能以及合适的价格基础上。提高涂层的性能，能够扩展铌合金的使用范围。优良的性价比将推动铌合金未来在高温领域中的应用。