1、航空發動機
高溫合金是在20世紀40年代隨著航空噴氣發動機的需要而發展起來,半個多世紀以來,發動機渦輪溫度從730℃提高到1677℃,推重比從3提高到10,帶動了發動機高溫合金材料的增長和制備技術的不斷進步。目前世界上商用和航空發動機市場基本被通用、羅羅、普惠等幾家 巨頭壟斷。相對于發動機,民用飛機發動機由于長壽命、高性的使用要求,對葉片等配件的循環參數要求比軍機還高。葉片從材料上要求為單晶結構,同時為進一步提高使用溫度和性,結構上大量采用級聯、雙層壁等 有利于散熱的復雜結構。由于我國在材料冶金、鑄造和壓力加工等工藝技術上的差距,無論是2016年將要投入使用的C919干線大飛機,還是ARJ21支線客機,配裝的都是 發動機。鑄造高溫合金是指由合格的母合金重熔后直接澆注或定向凝固成零件毛坯或零件的高溫合金。按凝固方法可分為 鑄造等軸晶高溫合金、定向凝固柱狀晶高溫合金和單晶高溫合金。采用定向凝固工藝形成沿縱軸方向的柱狀晶粒,垂直于應力方向的晶界,可使材料承溫提高20~25℃,熱疲勞壽命提高10倍以上。單晶葉片承溫能力在柱狀晶產品上又可提高20}25℃,壽命增加4倍。目前,幾乎所有 航空發動機都以采用單晶葉片為特色,正在研制中的推重比為10的發動機F119(美),EJ200(英、德、意、西),M88一2(法),P2000(俄)以及其他新型發動機都采用單晶高溫合金制作渦輪葉片。國內于20世紀80年代初開始進行單晶合金的研制,在單晶材料及無余量精鑄渦輪葉片研制方面已經取得重要進展,我國逐漸掌握了單晶及單晶渦輪葉片鑄造技術,但我國單晶葉片精鑄件毛坯合格率比較低,發達 的空心定向葉片和單晶的合格率可達到70%90%,而國內同類葉片鑄件毛坯合格率一般不超過15%。
2、地面發電燃氣輪機
燃氣輪機的研制技術一直被 通用、日本三菱、德國西門子和法國阿爾斯通等跨國巨頭壟斷。而從國內目前正在運行的重型燃機看,我國發電設備制造業目前還不具備燃機整機自主制造能力和熱端部件的維修和制造能力。 對此項技術嚴格保密,嚴重制約我國重型燃氣輪機的發展。我國生產的燃氣輪機可分為兩類:一是引進型,二是自主 型。引進型燃機熱端部件全部 ,重型燃氣葉片產品 價格為10億元/噸,該部分成本占整臺燃氣輪機的25%~30%。同時還會簽訂對應服務合同,配件全部由原廠商提供。同時 公司在出售維護燃機熱端部件的同時會要求簽署補充設備維護協議,保修期內(一般為10年)的配件需全部采用原裝配件,該部分價值可能比設備本身還高。由華清公司牽頭的我國自主 的70MW級燃氣輪機目前處于施工期設計階段,預計2015年出樣機。中航工業黎明公司 的具有自主知識產權的110MW級RO110重型燃氣輪機通過試驗驗證了設計狀態。沈陽世新,黎陽發動機等公司也利用原有航空發動機研制的優勢進行航改燃小型燃機的研制。
3、火箭發動機
高溫合金是火箭發動機的關鍵材料,我國長征系列火箭發動機的核心部分都采用了高溫合金材料。其它在各種導彈和無人機上,高溫合金無余量 鑄件也廣泛用于小型渦輪發動機,如整鑄渦輪轉子、導向器、增壓器渦輪、尾噴口調節片等。 長程大推力火箭發動機采用Incone1718合金制造高壓導管,國內研制的GH169合金管的疲勞壽命約為1Cr18Ni9Ti鋼管的3倍以上,具有良好彎管和焊接等工藝性能,還可用于發動機渦輪轉子和主鈾。GH30金絲網多孔發散冷卻材料用于火箭發動機、制作噴注器面板,既作防熱材料又作結構材料使用。GH131鐵基高溫合金旋壓管用于大型液體火箭發動機渦輪燃氣進氣導管,還用于900一1000℃使用的大型火箭發動機燃燒室、隔熱板、渦輪進氣導管,以及航空發動機的加力燃燒室、魚鱗片等oGH188A合金與 上 高型鉆基變形合金HS一188相當,用于液體火箭姿態控制器發動機頭部與身部結合處的高溫彈性密封件。
4、艦船
艦船使用的動力主要有蒸汽輪機、柴油機、核動力、燃氣輪機和聯合動力裝置。燃氣輪機具有蒸汽輪機和柴油機的優勢,是近年來發展起來的新型動力裝置, 廣泛應用,已成為世界上艦艇的主力動力系統。美、英、蘇、德、日等國在20世紀70年代以后建造的大、中、小型水面艦艇的主動力絕大部分采用全燃氣輪機動力裝置或柴油機刁然氣輪機聯合動力裝置,使船艦總功率 大幅提高。比如世界上使用 廣泛的艦用燃氣輪機— GE公司的LM2500型就是由TF39航空渦扇發動機改造的。我國燃氣輪機的技術較為落后。我國有6艘驅逐艦使用了燃氣輪機動力系統,但均是 產品。其中2006年底服役的“沈陽號”和“石家莊”號使用的仍是蒸汽動力,成為21世紀 使用蒸汽動力的新一代主力戰艦。
5、車輛
目前內燃機機車或汽車等民用運輸工具使用的渦輪增壓器選用的是細晶等軸晶高溫合金葉片。內燃機機車主要是由北車集團生產,每輛機車兩臺高溫合金內燃機渦輪增壓,目前大連機車 所已具備生產能力。汽車用增壓渦輪葉片采用等軸晶高溫合金,目前國內已有數家公司在研制生產,年產量可達幾萬件。在戰車,目前世界上只有 將燃氣輪機作為主戰坦克動力,美M1型系列坦克均裝配了小型燃氣輪機作為動力,、啟動快、馬力大。俄羅斯也曾列裝了一批燃氣輪機動力坦克,但在使用中燃機故障率 , 終放棄了該方案。南方動力研制了一批坦克用燃氣輪機并進行了裝車試驗,目前軍方對坦克動力裝置采用的是往復式柴油發動機。