涡轮喷气式航空发动机及燃气轮机
涡轮喷气式航空发动机是各类军机、民航客机及巡航导弹的动力装置。燃气轮机是现代大型军舰的首选动力装置。
在军舰动力方案选择上，燃气轮机的主要竞争对手是柴油机和蒸汽轮机，但是由于燃气轮机功率密度大、启动速度快、噪声低的先天优势与军舰动力系统性能要求更为吻合，因此燃气轮机成为了各国军舰动力系统发展的首要选择。
燃气轮机和航空涡轮喷气发动机工作原理和核心机的结构组成基本相同，因此一并讨论。
涡轮喷气航空发动机要达到更大推力、更低的油耗，首要的是提高增压比、提高热效率，涡轮前温度是衡量热效率的一个重要指标，对材料的承温能力要求也因此逐渐提高。在现代先进的涡轮喷气航空发动机中，高温合金材料用量占发动机总量的40%-60%。
在航空发动机上，高温合金主要用于燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘四大热端零部件，其中铸造高温合金主要用于导向器和涡轮叶片，变形高温合金主要用于涡轮盘、燃烧室，粉末冶金高温合金主要用于涡轮盘等；此外，高温合金还用于机匣、环件、发动机轴、加力燃烧室、涡轮进气导管和尾喷口等部件。
燃烧室是发动机各部件中温度最高的区域，燃烧室内燃气温度可高达1500～2000℃，作为燃烧室壁的高温合金材料需承受800～900℃的高温，局部甚至高达1100℃以上。
除需承受高温外，燃烧室材料还应能承受周期性点火启动导致的急剧热疲劳应力和燃气的冲击力。用于制造燃烧室的主要材料有高温合金、不锈钢和结构钢，其中用量最大、最为关键的是变形高温合金。
参考中国报告网发布《2017-2022年中国涡轮增压发动机行业市场发展现状及十三五市场竞争态势报告》
导向器也可称为涡轮导向叶片，用来调整燃烧室出来的燃气流向，是涡轮发动机上承受温度最高、热冲击最大的零部件，材料工作温度最高可达1100℃以上，但涡轮导向叶片承受的应力比较低，一般低于70MPa。
该零件往往由于受到较大热应力而引起扭曲，温度剧变产生热疲劳裂纹以及局部温度过高导致烧伤而报废。导向器材料大多采用精密铸造镍基高温合金。
涡轮叶片是涡轮发动机中工作条件最恶劣也是最关键的部件，由于其处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位而被列为第一关键件，并被誉为“工业王冠上的明珠”。
涡轮叶片又称工作叶片，涡轮叶片在承受高温的同时要承受很大的离心应力、振动应力、热应力等。其所承受温度低于相应导向叶片50～100℃，但在高速转动时，由于受到气动力和离心力的作用，叶身部分所受应力高达140MPa，叶根部分达280～560MPa，涡轮叶片材料大多也是精密铸造镍基高温合金。
随着近三十多年来铸造工艺的发展，普通精铸、定向和单晶铸造叶片合金得到了广泛应用。单晶合金在国际上得到了快速发展，目前已经发展了五代单晶合金，成为高性能现金航空发动机高温涡轮工作叶片的主要材料。涡轮叶片其结构与材料的不断改进成为航空发动机性能提升的关键因素之一。
涡轮盘在四大热端部件中所占质量最大。
涡轮盘是航空发动机上的重要转动部件，工作温度不高，一般轮缘为550～750℃，轮心为300℃左右，因此盘件径向的热应力大，特别是盘在正常高速转动时，由于盘件质量重达几十至几百千克，且带着叶片旋转，要承受极大的离心力作用，在启动与停车过程中又构成周期性的大应力低周疲劳。
用作涡轮盘的高温合金为屈服强度很高、细晶粒的变形高温合金和粉末高温合金。在我国，涡轮盘中变形高温合金GH4169合金用量最大、应用范围最广；随着航空发动机性能不断提高，对涡轮盘要求也越来越高，粉末涡轮盘以其组织均匀、晶粒细小、强度高、塑性好等优点成为航空发动机上理想的涡轮盘合金。
涡轮喷气式航空发动机是各类军机、民航客机及巡航导弹的动力装置。燃气轮机是现代大型军舰的首选动力装置。
在军舰动力方案选择上，燃气轮机的主要竞争对手是柴油机和蒸汽轮机，但是由于燃气轮机功率密度大、启动速度快、噪声低的先天优势与军舰动力系统性能要求更为吻合，因此燃气轮机成为了各国军舰动力系统发展的首要选择。
燃气轮机和航空涡轮喷气发动机工作原理和核心机的结构组成基本相同，因此一并讨论。
涡轮喷气航空发动机要达到更大推力、更低的油耗，首要的是提高增压比、提高热效率，涡轮前温度是衡量热效率的一个重要指标，对材料的承温能力要求也因此逐渐提高。在现代先进的涡轮喷气航空发动机中，高温合金材料用量占发动机总量的40%-60%。
在航空发动机上，高温合金主要用于燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘四大热端零部件，其中铸造高温合金主要用于导向器和涡轮叶片，变形高温合金主要用于涡轮盘、燃烧室，粉末冶金高温合金主要用于涡轮盘等；此外，高温合金还用于机匣、环件、发动机轴、加力燃烧室、涡轮进气导管和尾喷口等部件。
图：高温合金在航空发动机中的应用情况
燃烧室是发动机各部件中温度最高的区域，燃烧室内燃气温度可高达1500～2000℃，作为燃烧室壁的高温合金材料需承受800～900℃的高温，局部甚至高达1100℃以上。
除需承受高温外，燃烧室材料还应能承受周期性点火启动导致的急剧热疲劳应力和燃气的冲击力。用于制造燃烧室的主要材料有高温合金、不锈钢和结构钢，其中用量最大、最为关键的是变形高温合金。
参考中国报告网发布《2017-2022年中国涡轮增压发动机行业市场发展现状及十三五市场竞争态势报告》
导向器也可称为涡轮导向叶片，用来调整燃烧室出来的燃气流向，是涡轮发动机上承受温度最高、热冲击最大的零部件，材料工作温度最高可达1100℃以上，但涡轮导向叶片承受的应力比较低，一般低于70MPa。
该零件往往由于受到较大热应力而引起扭曲，温度剧变产生热疲劳裂纹以及局部温度过高导致烧伤而报废。导向器材料大多采用精密铸造镍基高温合金。
涡轮叶片是涡轮发动机中工作条件最恶劣也是最关键的部件，由于其处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位而被列为第一关键件，并被誉为“工业王冠上的明珠”。
涡轮叶片又称工作叶片，涡轮叶片在承受高温的同时要承受很大的离心应力、振动应力、热应力等。其所承受温度低于相应导向叶片50～100℃，但在高速转动时，由于受到气动力和离心力的作用，叶身部分所受应力高达140MPa，叶根部分达280～560MPa，涡轮叶片材料大多也是精密铸造镍基高温合金。
随着近三十多年来铸造工艺的发展，普通精铸、定向和单晶铸造叶片合金得到了广泛应用。单晶合金在国际上得到了快速发展，目前已经发展了五代单晶合金，成为高性能现金航空发动机高温涡轮工作叶片的主要材料。涡轮叶片其结构与材料的不断改进成为航空发动机性能提升的关键因素之一。
图：航空发动机高温合金结构件
涡轮盘在四大热端部件中所占质量最大。
涡轮盘是航空发动机上的重要转动部件，工作温度不高，一般轮缘为550～750℃，轮心为300℃左右，因此盘件径向的热应力大，特别是盘在正常高速转动时，由于盘件质量重达几十至几百千克，且带着叶片旋转，要承受极大的离心力作用，在启动与停车过程中又构成周期性的大应力低周疲劳。
用作涡轮盘的高温合金为屈服强度很高、细晶粒的变形高温合金和粉末高温合金。在我国，涡轮盘中变形高温合金GH4169合金用量最大、应用范围最广；随着航空发动机性能不断提高，对涡轮盘要求也越来越高，粉末涡轮盘以其组织均匀、晶粒细小、强度高、塑性好等优点成为航空发动机上理想的涡轮盘合金。
资料来源：中国报告网整理，转载请注明出处（GQ）
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