讓我們來看看“錸”這個后來者,是如何追趕單晶合金的發(fā)展腳步的:
第一代單晶合金,以美國PWA1480(用于F100-220發(fā)動機(jī))、ReneN4(用于F110-129 CMF56-5發(fā)動機(jī)),英國SRR99(用于RB211 RB199發(fā)動機(jī))、法國AM3 (用于M88-2發(fā)動機(jī))和蘇聯(lián)ЖС32(用于АЛ31Ф發(fā)動機(jī))為代表。這一代單晶合金,是不含錸的。
第二代單晶合金,以美國PWA1484(用于PW4000發(fā)動機(jī))、CMSX-4(用于EJ200發(fā)動機(jī)),英國RenaN5(用于GE90發(fā)動機(jī))、俄國ЖС36為代表。
部分第二代單晶合金,開始采用了錸。比如ЖС36,采用了2%的錸。CMSX-4 (合金成分為Ni-9Co-6.5Cr-6W-6.5Ta-5.6Al-3Re-1Ti-0.6Mo)采用了3%的錸。
第三代單晶合金,以美國ReneN6 、CMSX-10為代表,兩種牌號錸的含量最高分別達(dá)5.6% 和7%,難熔元素的總含量(Re、Ta W Mo)高達(dá)20%。日本的TMS-75也是第三代,含錸5%。
第四代單晶合金,以日本的TMS-138和MC-NG為代表。二者分別含錸5%和含錸4%,同時加入Ru
第五代單晶合金,以日本的TMS-162為代表。含錸6%。
從上述情況看,含錸成分增加,正在成為單晶合金化學(xué)成分的主要特征和發(fā)展趨勢之一。第二代單晶合金終于加入了錸,并成功用于航空發(fā)動機(jī),這說明人們對于錸的強(qiáng)化機(jī)理終于有了一定的了解。
相比艱難的理論研究,實踐的對比分析更加明朗化的展現(xiàn)了錸的應(yīng)用優(yōu)勢:美國第三代單晶合金CMSX-10與CMSX-4相比:拉伸性能相當(dāng),高溫蠕變性能比CMSX-4高出30℃。至1163℃,CMSX-10仍比CMSX-4強(qiáng)得多。前者的可用溫度可達(dá)1204℃。如果按蠕變到1%的時間來比較,應(yīng)力為207MPa時,CMSX-10仍比CMSX-4高出36℃;應(yīng)力為138Mpa時,高25℃。CMSX-10在980℃/248MPa條件下,蠕變到1%的時間比其他合金長4.6-80倍。CMSX-10盡管其Cr含量低,但其抗氧化抗腐蝕性能仍與CMX-4相當(dāng)。
當(dāng)然,我們也應(yīng)該看到錸的應(yīng)用依然存在很多不確定性。一方面:大量難熔元素(尤其是貴金屬Re,Ru)的加入在提高合金性能的同時也提高了合金的成本。據(jù)估算,第二代單晶高溫合金元素加入了3%的Re之后成本提高了70%。另一方面,盡管多國的第三代甚至日本的第五代單晶合金都有了正式合金牌號,但目前的資料尚未表明其大規(guī)模應(yīng)用在型號發(fā)動機(jī)上(F119用的還是二代單晶)。這進(jìn)一步說明了理論研究和生產(chǎn)工藝的難度和風(fēng)險。