镍基合金是以镍为基体，加入一种或多种其他元素组成的合金。在目前耐蚀镍基合金中，In-coloy800合金在阀门生产上的应用量仅次于Monel合金。粉末镍基合金以其组织均匀、晶粒细小、屈服强度高、疲劳性能好等优点在涡轮盘的制造和应用方面得到迅速发展，已成为推重比在8以上的高性能发动机涡轮盘的首选材料。镍基电阻合金是以其电阻特性为主要技术指标的合金，......
2023-06-22
镍基合金的应用延长了航空发动机的寿命
【摘要】：影响轮盘可用寿命的限制因素是其抗疲劳裂纹的能力。在过去，涡轮盘是用铁和奥氏体钢制造的，而近年来则用镍基合金制造，增加合金中镍元素的含量可增大其抗疲劳特征，从而延长轮盘的寿命。早期使用高温钢锻件，但是这些材料很快被铸造镍基合金所取代，镍基合金具有更好的耐温蠕变和疲劳特性。图3-19涡轮工作叶片寿命特性的比较图3-19涡轮工作叶片寿命特性的比较
影响涡轮进口温度的因素有导向器叶片和涡轮工作叶片的承温能力及高速旋转速度向涡轮盘和工作叶片施加的拉伸应力。
导向器叶片由于处于静止状态，不像涡轮工作叶片那样承受旋转应力，因此耐热是其最主要的性能要求，虽然需要采用冷却来防止熔化，但仍要使用镍基合金。陶瓷涂层能够加强热阻特性，且在相同的条件下可减少需要的冷却空气量，提高叶片耐温能力，从而改善发动机效率。
涡轮盘必须在相对低的温度环境下高速旋转，并承受很大的旋转应力。影响轮盘可用寿命的限制因素是其抗疲劳裂纹的能力。在过去，涡轮盘是用铁和奥氏体钢制造的，而近年来则用镍基合金制造，增加合金中镍元素的含量可增大其抗疲劳特征，从而延长轮盘的寿命。另一个途径是采用昂贵的粉末冶金盘，其强度可提高10%，允许达到更高的转速。
尽管涡轮工作叶片在工作时已达到红热状态，但仍应具备足够的强度来承受高速旋转产生的离心载荷；一片小小的涡轮工作叶片重量仅60 g，在最高转速下的载荷会超过2 t；它还要承受燃气施加的很高的弯曲载荷，以产生驱动压气机所必需的数千马力的涡轮功率；涡轮工作叶片应当耐疲劳和热冲击，保证在燃气高频脉动影响下不致损坏；工作叶片还要能耐腐蚀和耐氧化。除了这些要求之外，工作叶片还应当采用可以精确成形和利用现有制造方法加工的材料制造。早期使用高温钢锻件，但是这些材料很快被铸造镍基合金所取代，镍基合金具有更好的耐温蠕变和疲劳特性。
随着工作时间的增加，涡轮工作叶片将会慢慢地伸长，这种现象被称为“蠕变”，因此在损坏之前存在有限的可用寿命极限。
对常规（等轴晶）涡轮工作叶片的深入研究发现，在各个方向（等轴）存在无数晶体，通过将晶粒沿叶片长度方向排成柱状可以改善使用寿命，这种方法称为“定向凝固”。这种技术的进一步改进是用一个单晶体制造叶片，如图 3－18 和图 3－19 所示。定向凝固、单晶都增长了叶片的蠕变寿命，单晶叶片的使用温度可以大大增高。如今最先进的单晶叶片（无冷却）可长期承受约1 200 ℃的工作温度，有力推进了发动机的性能提升。
图3-19 涡轮工作叶片寿命特性的比较
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