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DZ422B定向凝固高温合金(百科)

发布:sonhooalloy 浏览:59094次

DZ422B是一种镍基定向凝固高温合金。它是中国自主研发的、性能水平较高的合金,主要应用于航空航天领域。

以下是它的详细特性和介绍:

1. 材料类别与工艺

  • 类别: 镍基沉淀强化型定向凝固高温合金。

  • 工艺核心: “定向凝固”技术。这意味着在铸造过程中,通过控制凝固方向,使晶体沿着与主应力轴平行的方向定向生长,形成粗大的柱状晶组织。这极大地消除了横向晶界,而晶界是高温下的薄弱环节。

  • 衍生: 它是在等轴晶铸造高温合金 K422B 的基础上,通过定向凝固工艺优化发展而来,因此性能远超其前身。

2. 主要特性

DZ422B的特性源于其“定向凝固工艺”和特定的“合金成分设计”(富含钴、钨、钽、铪等强化元素)。

  • 优异的高温强度与抗蠕变性能: 在高温(900°C - 1000°C)长期应力作用下,抵抗缓慢塑性变形(蠕变)的能力极强。这是其作为叶片材料最重要的性能。

  • 出色的抗热疲劳性能: 涡轮叶片在启动-运行-停车过程中经历剧烈的温度循环,容易产生热疲劳裂纹。定向凝固组织大大提升了抵抗这种循环应力的能力。

  • 良好的铸造性能: 相较于一些单晶合金,它具有较好的可铸性,能获得健全的铸件。

  • 相对较好的综合性能平衡: 在高温强度、塑性、抗氧化性和组织稳定性之间取得了良好平衡。

3. 化学成分特点(概述)

合金中添加了多种关键元素进行强化:

  • 铝、钛: 形成主要的强化相 γ‘相

  • 钨、钼: 固溶强化,提高强度。

  • : 降低层错能,提高固溶体稳定性。

  • : 显著改善中温塑性和铸造性能。

  • 硼、锆: 微量添加,净化并强化剩余的纵向晶界。

4. 主要应用

由于其卓越的高温性能,DZ422B主要用于制造航空发动机和燃气轮机中承受负荷最高、温度最高的热端部件,例如:

  • 涡轮转子叶片: 这是其最典型和核心的用途。

  • 导向叶片及其他在高温下工作的结构件。

5. 与同类材料的对比

  • ** vs. 普通等轴晶铸造高温合金(如K422B)**: 性能(特别是抗蠕变和热疲劳性能)有质的飞跃。

  • ** vs. 第一代单晶高温合金(如DD3)**: 单晶合金完全消除了所有晶界,性能(尤其是高温承载能力)通常优于定向凝固合金,但制造成本更高,工艺更复杂。DZ422B在性能和成本之间提供了一个优秀的折中选择。

局限性

  • 耐腐蚀/抗氧化性相对不足: 在极高温度下长期使用,其表面抗氧化能力需要依靠防护涂层来保证。因此,实际使用的DZ422B叶片都必须施加高温防护涂层

  • 存在纵向晶界: 虽然消除了横向晶界,但纵向晶界依然存在,在极端复杂的多轴应力状态下可能成为薄弱点。

总结

DZ422B是中国高性能航空发动机关键材料体系中的重要一员,它代表了定向凝固高温合金技术的成熟应用。 它在高温强度、抗蠕变、抗热疲劳等方面表现突出,成功解决了涡轮叶片在极端环境下的材料瓶颈问题,是中国航空工业从仿制走向自主研发过程中的重要成果。



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