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第三章高温合金的焊接;高温合金的发展

高温合金是广泛应用于航空航天、舰船发电动力、机车以及石油和化学等工业部门的材料。其发展与航空发动机的进步密切相关。高温合金是本世纪30-50年代中期对镍基合金化学成分的不断改进中发展起来的。1929年，英美的Merica.Bedford和Pilling等人将少量Ti和Al加入到80Ni-20Cr电工合金中，使该合金具有显著的蠕变强化作用，但这并没有引起人们的注意。1937年德国研制出Hansvonohain涡轮喷气发动机Heinkel，1939年英国研制出涡轮喷气发动机Whittle。然而，喷气发动机热端部件特别是涡轮叶片对材料的耐高温性和应力承受能力具有很高的要求。;1939年英国Mond镍公司(后称国际镍公司)首先研制成一种低C且含Ti的镍基合金Nimonic75，准备用作Whitle发动机的涡轮叶片，但不久性能更优越的合金Nimonic80问世，该合金含铝和钛，蠕变温度至少比Nimonic75高50℃,1942年，这种合金成功的被用作涡轮喷气发动机的叶片材料，成为最早的Ni3(A1,Ti)强化的涡轮叶片材料。此后，该公司的合金中加入硼、锆、钴、钼等合金元素，相继开发了Nimonic80A,Nimonic90等合金形成Nimonic合金系列。;美国对铸造合金的发展有一定的贡献，1932年美国Halliwell开发了含铝、钛的弥散强化型镍基合金K42B，该合金在40年代初被用以制造活塞式航空发动机的增压涡轮。美国从1941年以后发展航空燃气涡轮，HastelloyB镍基合金1942年用于GE公司的Bellp-59喷气发动机及其后的1-40喷气发动机。1944年西屋公司的Yankeel19A发动机则采用了钴基合金HS23精密铸造叶片，其生产效率高于锻造叶片。1950年美国出兵朝鲜，由于钴的资源短缺，镍基合金得到发展并被广泛用作涡轮叶片。在这一时期，美国的PW公司，GE公司和特殊金属公司分别开发出了Waspalloy,M-252和Udmit500等合金，并在这些合金发展基础上，形成了Inconel,Mar-M和Udmit等牌号系列。;在高温合金发展过程中，工艺对合金的发展起着极大的推进作用。40年代到50年代中期，主要是通过合金成分的调整来提高合金的性能。50年代真空熔炼技术的出现，合金中有害杂质和???体的去除，特别是合金成分的精确控制，使高温合金前进了一大步，出现了一大批如Mar-M200,Inl00和B1900等高性能的铸造高温合金。进入60年代以后，定向凝固、单晶合金、粉末冶金、机械合金化、陶瓷过滤等温锻造等新型工艺的研究开发蓬勃发展，成为高温合金发展的主要推动力，其中定向凝固工艺所起的作用尤为重要，采用定向凝固工艺研制出的单晶合金，其使用温度接近合金熔点的90%，各国先进航空发动机无不采用单晶高温合金涡轮叶片。;航空喷气发动机生产的需要是我国高温合金发展的动力。材料标准是高温合金设计、生产、验收的技术依据，1956年我国正式开始研制生产高温合金，第一种高温合金是GH3030，WP-5火焰筒，有抚顺钢厂、鞍山钢铁公司、冶金部钢铁研究总院、航空材料研究所和410厂共同承2担试制任务，1957年顺利通过长期试车后投入生产。到1957年底，继GH3030合金之后，WP-5发动机用的GH4033、GH34和K412合金相继试制成功。

60年代初，先后研制成功GH4037、GH3039、GH3044、GH4049、GH3128、K417等高温合金，至70年代初，我国高温合金的生产试制和研究已经初具规模。;70年代以后，我国开始引进欧美发动机WS-8、WS-9、WZ-6、WZ-8，并研制生产出WP-13等发动机，相应引进和试制了一批欧美体系的高温合金，并按欧美标准进行质量管理和生产，使我国高温合金生产水平接近西方工业国家的水平。与此同时，我国自行研究和开发了一批新的镍基高温合金，如GH4133、GH4133B、GH3128、GH170、K405、K423A、K419和537等。

40多年来，结合我国航空发动机研制和生产的需要，研究、试制和生产了100多种高温合金，总计产量达6万吨左右。从60年代开始，为适应我国航天工业的发展，先后为各种火箭发动机研制了一批高温合金，其中有些是专为航天工业的需要而开发的。