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高温合金是如何发明的及在航空行业中的应用
发表于:2020-04-03 11:56:37

 人类文明的进步,是同生产技术的发展和新材料的应用分不开的。历史学家把人类的文明史划分为石器时代、青铜器时代、铁器时代等几个时代。以制造工具的原材料为标志来划分时代,是人类发明、创造的记录,它说明了一个真理:“需要是发明之母”。各种材料都有自己的发展史,高温合金也不例外。


  蒸汽机的发明为人类提供了强大的动力,它翻转了世界,但成了产业革命。但是,人们并没有满足于这一成就,而是继续前进,努力探索一种结构更简单、体积更小、重量更轻、效率更高的新的动力机械。蒸汽机问世以后没有几年,英国就有人提出了制造蒸汽涡轮机(汽轮机)的设想,也就是利用蒸气直接去转动发动机。只是因为找不到现成的能耐高温的金属材料可资利用,致使这一设想被束之高阁达好几十年。到十九世纪后半叶,电学得到了迅速的发展,发电设备迫切需要巨大的高速旋转的发动机去带动它们。到了1938年,治金科学的发展为动力设备提供了能耐550℃高温的金属材料,这才使结构上更完善的蒸汽轮机和燃气轮机进入了实用的阶段。


   航空事业的进步也推动着高温合金的发展,1939年,螺旋桨飞机创造了755公里/小时的世界纪录,但想要进一步提高航速就发生了困难。这里的关键问题是飞机的“心脏’’——发动机的劲儿不足,需要进一步加强。这样一种新式的劲儿更大的喷气发动机就应运而生了。当时,法西斯统治下的德国开始研制喷气发动机,由于找不到合适的耐高温材料,只好在冷却技术上下功夫,喷气发动机的使用寿命不过三五十个小时,所以没有取得成功。与此同时,英国人也在研制喷气式飞机,关键自然也是耐高温合金。他们首先研制成了一种能耐700℃高温的镍基合金,这种合金是在镍铬电阻合金的基础上发展起来的,被定名为“尼莫尼克”75镍铬系高温合金。1941年研制成了含有铝和钛的“尼莫尼克”80镍铬系高温合金;三年以后往合金中加进硼、锆,得到“尼莫尼克” 80A合金,耐热温度达到820℃。以后又研制成了以镍为基加进一定量钴的“尼莫尼克”90,加进一定量铝的“尼莫尼克,100等高温合金。喷气发动机的工作温度每提高100℃,推力即可提高15%。


  1939年美国国际镍公司发展了镍铬铁系高温合金,其中除含镍(超过70%)、铬、锰、铁外,还含有少量的硅和碳。在这个基础上,加进一点铝和钛,就得到了一系列的“因科内尔”合金。到1948年,美国研制的钴基高温合金已经达到能耐830℃高温的水平。回顾过去,三十年间高温合金的耐用温度提高了300℃,平均每年提高10℃。现在高温合金的最高使用温度超过千度,已经达到实用化的高温合金有四百多种,俨然形成一个“人才济济”的大家族了。


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