燃氣輪機是一種高效,、節(jié)能,、低污染的新型動力機械。燃氣輪機具有效率高,、功率大,、質(zhì)量輕、尺寸小,、啟動快,、工程總投資少、運行成本低,、可采用多種燃料,、不用冷卻或少用水和壽命周期長等優(yōu)點,,被廣泛應用于發(fā)電、航空,、航天,、船艦、坦克,、鐵路機車的動力裝置和天然氣輸送,、油田注水、供熱,、礦井通風等重要領(lǐng)域,。其中,葉片材料具有重要作用,。
燃氣輪機是以空氣為介質(zhì),,依靠高溫燃氣推動渦輪機械連續(xù)做功的大功率、高性能動力機械,。其原理是由壓氣機連續(xù)不斷地從外界大氣中吸入空氣并增壓,,壓縮空氣在燃燒室進口被噴入燃料進行摻混,然后點火燃燒,。在短短幾十厘米的距離內(nèi)空氣溫度會上升數(shù)百甚至上千度,,壓力也會激增。高溫高壓的燃氣從燃燒室出口噴出并開始膨脹,,同時推動渦輪葉片做功,,其中,用高溫合金制造的渦輪葉片起著關(guān)鍵作用,。
要實現(xiàn)燃氣輪機的大容量,、高效率、高性能,,提高渦輪前進口溫度是最重要的措施和發(fā)展途徑之一,。要提高渦輪前進口溫度和燃機性能,關(guān)鍵是提高葉片承溫能力,,這與材料承溫能力的提高有關(guān),。
與航空發(fā)動機相比,燃氣輪機熱鍛零部件的工作環(huán)境要惡劣得多,。地面或艦用燃氣輪機大多采用柴油,,其中含有硫,、鈉等雜質(zhì),,會造成熱腐蝕對高溫合金部件有較大的破壞作用;艦艇在海中航行,海鹽在空氣中以懸浮顆粒形態(tài)存在,。當NaCl粒子隨空氣經(jīng)過壓氣機進入渦輪,就會使葉片上沉積Na2SO4等熔鹽膜而發(fā)生熱腐蝕反應,。地面或艦用燃氣輪機要求壽命長,,通常要達到幾萬乃至幾十萬小時,;另外,,重型燃機葉片尺寸偏大,給其鑄造工藝帶來難度,。因此,,燃氣輪機葉片用高溫合金要有良好的高溫強度,良好的抗腐蝕性能,,長期的組織穩(wěn)定性以及良好的工藝性能。
燃氣輪機渦輪葉片主要包括各級渦輪的工作葉片和導向葉片,。導向葉片的第一級是渦輪發(fā)動機上受熱沖擊最大的零件之一,。目前,用于導向葉片的材料有鈷基合金FSX-414,,鎳基合金GDT-222,、ECY(768),還有部分采用鑄造鎳基合金:IN939,、IN738,、MarM247LC等,。為了滿足更高工作溫度要求,,正計劃采用N5、DS GTD-222等單晶葉片,。
迄今為止,,歐美諸國及日本已先后開發(fā)出多種燃氣輪機渦輪葉片合金,近年來,,我國的材料研究學者及有關(guān)專家也不甘落后,,先后開發(fā)了幾種燃氣輪機用渦輪葉片合金。