高溫合金是指在760--1500℃以上（shàng）及一定應力條件下長期工作的高溫金屬材料，具有優異的高溫強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能，已（yǐ）成為軍（jun1）民用燃氣渦輪發動機（jī）熱端部件不可替（tì）代的關鍵材料（liào）。

高溫合金

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高溫合金（jīn）的（de）分類

高（gāo）溫合金可以根據（jù）材料成型方式、基體元（yuán）素種類（lèi）、合（hé）金強化類型等來劃（huá）分（fèn）：

 

1、根據（jù）材料（liào）成型方（fāng）式，高溫合金可以分為變形高溫合金、鑄造高溫（wēn）合金（包含普通精密鑄造合金、定向凝固合（hé）金、單（dān）晶合金（jīn）等）、粉末冶金高溫合金（包含普通粉末冶（yě）金高溫合金和氧化物彌散（sàn）強化高溫合（hé）金ODS）；

2、根（gēn）據基體元素種類，高溫合金可以分為鐵基、鎳（niè）基、鈷基等；

 

3、根據合金強（qiáng）化類型，高溫合金可以分為固溶強化型高溫合（hé）金和時效沉澱強（qiáng）化合金。

 

高溫合金

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發展趨勢

高溫合金發展的趨勢是進一步提高合金的工作溫度（dù）和改善中溫或高溫下承受各種載（zǎi）荷的（de）能力，延長（zhǎng）合金壽命。就渦輪葉片材料（liào）而言，單晶葉片將進入實用階段，定向結晶葉片的綜合性能將得到改進。

 

此外，有可（kě）能采用激冷態合（hé）金粉末製造多層擴散連接的空心葉片，從而適應提高燃氣溫度的需要。就導向葉片和燃（rán）燒室材料而言，有可能使用氧化物彌散強化的合金，以大幅度提高使用溫度。為了提高抗腐蝕和耐磨蝕性能（néng），合（hé）金的防護塗層材料和工藝也將獲得進一步發展。

太行發動（dòng）機

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高溫合金的應用

有研究表明，航空（kōng）發動機用高溫合金占（zhàn）高溫合金總需求一半以上，此外還廣泛應用於電力（lì）、汽車、機械等行業中。

 

1、航（háng）空發動機

 

航空發動機被稱為“工（gōng）業之花”，是航空工業中技術含量最高、難（nán）度最大的部件之（zhī）一。作為飛機動力裝（zhuāng）置的航空發動機，特別重要的是金屬結構材料要具備輕質、高強、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能，這幾乎是結構材料中最高的性能要求。

 

航空發動機的技（jì）術進步與高（gāo）溫合金的發展（zhǎn）密切相（xiàng）關，高溫合金是推動航空發動機發展的（de）最（zuì）為關鍵的結構材料。軍（jun1）用航空發動機通常可以（yǐ）用（yòng）其推重比（推力/重量）綜合地評定發動機的水平。提高推重比最直接和最（zuì）有效的技術措施是提高渦輪前（qián）的燃氣溫度。因（yīn）此高溫合（hé）金材（cái）料的性能和選擇是決定航空發動機性能的關鍵因素。隨著航空（kōng）裝備的（de）不斷升級，對航空發動機推重的要（yào）求比不斷提高，發動機對高性能高溫合金材料的依賴越來越大。

 

在現代（dài）先進的航（háng）空發動機中，高溫合金材（cái）料用量占發動機總量的40%-60%。在航空發（fā）動機上，高溫合金主要用於燃燒室、導向（xiàng）葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱（rè）段零部件（jiàn）；此外，還用於機匣（xiá）、環件、加力燃燒室和（hé）尾噴口等部件。

 

2、航天發（fā）動機

 

航天發動機中的特殊工作環境要求其使用材料必須受高溫、高壓、高的溫度梯度變化、高（gāo）動態載荷的考驗，因此對材料（liào）的綜合性能和加工性能提出了很高的要求。高溫合金材料（liào）已經占據了航（háng）天發動（dòng）機相當（dāng）大的比重，在發動機中的應用比（bǐ）比例接近總重量（liàng）的一半，高溫合金材料技術的發展（zhǎn）直接（jiē）影響航天發動機研製水平。

 

航天發動機用高溫合金原則上都可以采用（yòng）航空發動機用高溫合（hé）金，但航天發動機材（cái）料除（chú）了承（chéng）受高溫衝擊外，還有低溫（-100℃以下）環（huán）境要求（qiú）。由（yóu）於高溫合金（jīn）精密鑄造工藝限製，過（guò）去形狀極其複雜的結（jié）構（gòu）件在航天發動機上一直沒有真正加以應用。隨著工藝的進步，航天發動機上的許多關鍵熱部件都采用了無餘量（liàng）整體精密鑄造高溫合金精鑄（zhù）件，簡化了發動（dòng）機結構，降低發動機重量，減（jiǎn）少了焊接部分，縮短研製和生產周期，降低研製和生產（chǎn）成本，提高發動機可靠性。隨著航（háng）天發動機技術（shù）的進步，航天發動機用高溫合（hé）金逐漸呈現出複雜化、薄壁化、複合化、多位（wèi）一體、無（wú）餘量的趨勢。典型的有渦輪轉子、導向器、泵殼體等。

 

我國的“長征”係列火箭以及“神舟”係列飛船，發動機的核心部分都采用了高溫合金材料。目前，航天領域（yù）使用的液（yè）氧煤油（yóu）和液氧（yǎng）液氫航天運載發（fā）動機、小型渦噴渦扇發動機已經定型，並開始批量生產，國內（nèi）對航天用高溫合金母（mǔ）合（hé）金和精鑄件的需求也在不斷增長，進入一個新的增長期。

 

高溫合金

3、民用工業高溫合金的應用

 

隨著工業化的推進，工業向（xiàng）高端、大型（xíng）化發展，高溫合金在民用工（gōng）業中的需求也日益增長。高溫合金也是艦船、火車、汽車渦輪增（zēng）壓器葉片及各類工業燃機葉片的（de）優選材料；鐵路運輸的高速化、造船（chuán）業的高品（pǐn）質要求（特別是出口造船）、艦艇動力的高效要求、工業（yè）燃機應用的高速發展等急需高性能的高溫合金母合金（jīn）。目前，國內民用工（gōng）業高溫合金占高溫合金總需求的20%，而美國50%的高溫合金應用於民用工業領域。

 

4、核電與其它領域的高溫合金應用

 

核電工業使（shǐ）用的高溫合金包括：燃料元件（jiàn）包殼材料、結構材料和燃料棒定位格（gé）架，高（gāo）溫氣體爐（lú）熱交換器等，均是其他（tā）材料難以代替的。例如，燃料元件包殼管的管壁在工作時需承（chéng）受600-800℃的（de）高溫，需要較高的蠕變強度（dù），因此大量采用高溫合金材料。

 

高溫合金材料在（zài）玻璃製造、冶金（jīn）、醫療器械等領域也有著廣泛的用途。在（zài）玻璃（lí）工業中應用的高溫合金零件多達十幾種，如：生產玻璃（lí）棉的離心頭和火焰噴吹坩堝，平板玻璃生產（chǎn）用的轉向輥拉管機大軸、端頭和通氣（qì）管、玻璃爐窯（yáo）的料道、閘板、馬弗套、料碗和電極棒等。冶金工業的軋鋼廠加熱爐的墊塊、線材連軋導板和高溫爐熱電（diàn）偶保護套管等。醫療器械領域的人工關節等。

 

高溫（wēn）合金（jīn）生產用關鍵設備 真空爐（lú）

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國內高溫（wēn）合金市場情況

高溫合（hé）金行業的細分領域（yù）和主要參與（yǔ）者：

 

在潛在競爭者方（fāng）麵，高溫合金行業的高壁壘特性使試圖進入這個行業的（de）企業望而卻步。

 

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高溫合金（jīn）下遊市場（chǎng）分析

1、軍用航空發動機

 

根據美（měi）國國防部預測的數據，預計未來20年中國戰鬥機新增量將達到1430架、軍用大飛機1500架、教練機500架，合計對高溫合金需求（qiú）量將達（dá）到5.7萬噸。另外，現有軍機的維護和（hé）修理折算成發動機（jī）所需數量（liàng）為2000台，對應的高溫合金需求量達到1萬（wàn）噸左右（yòu）。因此軍（jun1）用領域（yù）對高溫合金的需求將（jiāng）達到6.7萬噸。

 

未（wèi）來20年（nián）我國軍用機（jī）領域對高（gāo）溫合金需（xū）求（qiú）預測

2、燃（rán）氣輪機領域

 

燃氣輪機是高溫合金的另一個主要用途，其結構及原理與航空（kōng）發動機類似。由（yóu）於（yú）燃氣（qì）輪機噴射到葉輪上的氣體溫度高達1300℃，因此葉輪需（xū）要（yào）用高（gāo）溫合（hé）金來製（zhì）造。

 

我（wǒ）國目前大約隻有10艘主力艦艇使用燃氣機。未來，我國海軍有望形（xíng）成（chéng）3大近海艦隊和若幹航母（mǔ）編隊的（de）作戰體係，預計將新增驅逐艦及護衛艦97 艘左右，中小型艦艇200艘左右，預（yù）計對高溫合金的需求量約為3.3萬噸左右。

 

我國艦（jiàn）船燃氣輪機對高溫合金（jīn）需求預測

3、汽車渦輪增（zēng）壓器

 

2015年我國新售乘用車中渦輪增壓的配置率在31%左右，預計到（dào）2020年，我國乘用車渦輪增壓比例將高達47%。渦輪增壓汽車將（jiāng）從2015年的750萬輛增（zēng）至到2025年2300萬（wàn）輛，期間累（lèi）計高溫合金總需（xū）求10.6萬噸（dūn），市值超200億元（yuán）。

2015-2025年我國汽車渦輪增壓器高溫合金需求預測

4、核電領域（yù）

 

核電用高溫合（hé）金包括：燃料元件包殼材料、結構材料和燃料棒定位格（gé）架，高溫氣體爐熱交換（huàn）器等，均是其他材料難以代替的。

 

根據鋼研（yán）高（gāo）納2009 年招股說明書，2010-2020 十年間我國核電裝機容量新增2300千瓦，在建1800萬千瓦。對應高（gāo）溫合金需求6000噸，價值24億元（yuán）。

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