Page 26 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术
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Numerical Simulation Driven Hot Working Technology for High-temperature Alloys
数值模拟驱动的高温合金热加工技术
成的 Cr 2 O 3 氧化膜可有效抗氧化，钼、钨提升抗热腐蚀能力。热膨胀系数低，能
减少热应力，且加工性能良好，可通过多种工艺制成复杂部件，广泛应用于航天
发动机的关键部位，如燃烧室和涡轮叶片等，是航天高温合金领域的重要材料。
2. 钴基高温合金
钴基高温合金以钴为基体，添加铬、镍、钨、钼等元素。高温强度和热疲劳
性能优异，在高温下组织稳定性佳，熔点较高使其在更高温度下仍能保持一定力
学性能。抗氧化性能虽略逊于镍基合金，但抗热腐蚀尤其是含硫环境下表现突出，
其形成的氧化物和硫化物保护膜稳定性高。常采用铸造工艺制造，适用于形状复
杂、对热疲劳要求高的部件，如发动机的导向叶片，为航天发动机在复杂工况下
稳定运行提供了可靠保障。
3. 铁基高温合金
铁基高温合金以铁为基体，加入铬、镍、钼、钨、铝、钛等元素。成本相对
较低，具有一定高温强度与抗氧化性能，在 400℃ ~600℃的中温范围应用较广。
通过固溶强化、沉淀强化提升力学性能，不过总体高温性能不及镍基和钴基合金。
随着技术进步，新型铁基高温合金性能有所改善，在航天发动机非关键部件或对
成本敏感部位，像次要管路系统和部分支撑结构件等得到应用，在保证一定性能
的同时满足了成本控制需求，拓展了高温合金在航天领域的应用范围。
（二）高温合金在航天发动机各部件的应用
1. 燃烧室
燃烧室是航天发动机中燃料与氧化剂剧烈燃烧、释放能量的关键场所，工
作环境极为苛刻。高温合金在燃烧室的应用形式丰富多样，其中镍基高温合金凭
借其出色的综合性能占据重要地位。燃烧室壁板通常采用镍基高温合金制造，其
在承受高达数千摄氏度的燃气温度以及巨大的热流密度冲击时，通过优化合金成
分与微观组织结构，能够有效抵抗高温导致的软化和变形，维持燃烧室的结构完
整性，确保燃烧过程稳定且高效。例如，某些先进的镍基高温合金中添加了适量
的稀土元素，细化了晶粒尺寸，增强了晶界强度，显著提升了抗热疲劳性能，减
少了因频繁热循环引发的裂纹萌生与扩展风险。镍基高温合金还被用于制造火焰
筒，其良好的抗氧化和抗腐蚀性能可抵御燃气中氧、硫等腐蚀性介质的侵蚀，保
证火焰筒在恶劣环境下长期可靠工作，为航天发动机持续稳定的动力输出提供坚
实保障。
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