航空鑄造渦輪葉片合金和工藝發(fā)展

1、航空鑄造渦輪葉片合金和工藝發(fā)展航空鑄造渦輪葉片合金和工藝發(fā)展轉(zhuǎn)載轉(zhuǎn)載2010032623:14:37|分類：【發(fā)動機(jī)】|標(biāo)簽：|字號大中小訂閱摘要針對航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片的工作環(huán)境和使用要求，介紹了提高渦輪葉片耐溫能力的兩種途徑，即加強(qiáng)葉片冷卻和提高葉片材質(zhì)自身的耐溫性能。文中著重評述了用作葉片材料的合金及其制造工藝的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞渦輪葉片渦輪葉片高溫合金高溫合金熔模鑄造熔模鑄造定向凝固定向凝固單晶葉片單晶葉片1前言前言隨著航

2、空技術(shù)的發(fā)展，對航空煤氣渦輪發(fā)動機(jī)的綜合性能提出了更高的要求，為滿足高推重、低油耗的性能目標(biāo)，各國除了采用高涵道比和高壓比的技術(shù)手段外，還采用了提高渦輪進(jìn)口溫度的方法。提高渦輪進(jìn)口溫度，對改善發(fā)動機(jī)熱力循環(huán)性能，提高推重比有很大的作用。由于各國大力發(fā)展渦輪技術(shù)，渦輪進(jìn)口溫度提高很快(見圖1)。現(xiàn)代航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的渦輪進(jìn)口溫度已高達(dá)1900℃一2100℃左右。渦輪進(jìn)口溫度的提高，意味著渦輪葉片將在更加惡劣的條件下工作。為此人們在渦輪葉

3、片設(shè)計(jì)、高溫材料的研制、冷卻方法研究及表面涂層等方面作了大量的工作，定向結(jié)晶、單晶高溫渦輪葉片也就應(yīng)運(yùn)而生了(見圖2)。渦輪葉片是航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵零件，其承受溫度的能力是評價(jià)發(fā)動機(jī)性能和決定發(fā)動機(jī)壽命的極其重要的因素。為了使渦輪葉片獲得高耐溫能力，應(yīng)從兩方面進(jìn)行研究，一方面是鑄造工藝，由于目前已發(fā)展的高效冷卻葉片具有非常復(fù)雜的形狀和結(jié)構(gòu)，因此對其鑄造方法和工藝的要求越來超高；另一方面是葉片材質(zhì)自身世能的改善或提高，這包括研究合金成分、制

4、造方法、處理工藝等等。單晶渦輪葉片由于(高溫)性能優(yōu)越，所以發(fā)展是比較快的、到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了第三代。第一代單晶合合金是PWAl480和SRR99，比定向柱晶的使用溫度高25—50℃；第二代是PWAl484、CMX4、及Rene’N4，比第一代單晶合金的溫度提高25℃，第三代中的代表是日本新近開發(fā)的TMS26，可比第一代單晶合金提高耐溫能力近90℃。我國在60年代末開始研究定向柱晶合金及空心無余量葉片精鑄技術(shù)，經(jīng)過20年的努力，先后研制

5、成功DZ4相DZ22等定向合金，現(xiàn)已投入批量生產(chǎn)。80年代，又開始了單晶合金及單晶葉片精鑄工藝，已在實(shí)驗(yàn)室條件下精鑄出DD3合金的空心元余量葉片。o定向結(jié)晶、單晶合金的性能持點(diǎn)定向結(jié)晶、單晶合金的性能持點(diǎn)采用定向凝固技術(shù)得到的定向結(jié)晶、單晶渦輪葉片，具有嚴(yán)格的結(jié)晶位向(001)晶。單晶合金與普通鑄造合金相比，有以下特點(diǎn)。(1)定向結(jié)晶、單晶和普通鑄造合金抗拉性能之間的最大差別是中溫性能高。如760℃時(shí)，定向結(jié)晶(柱晶)和單晶的抗拉強(qiáng)度比

6、普通鑄造合金高拉伸延性則在所有溫度下都提高幾倍。(2)定向結(jié)晶(柱晶)、單晶的持久強(qiáng)度在982℃左右提高了幾倍，持久延性則在所有溫度下部提高了許多倍。(3)定向結(jié)晶、單晶的第一階段蠕變量比普通鑄造含金大但第三階段，在普通鑄造合金中空穴和裂紋引起了蠕變和斷裂過早出現(xiàn)。在定向結(jié)晶材料中雖然有一些在柱晶晶界上形成空穴的短橫向段，但因碰到有低法向應(yīng)力越過的柱狀晶晶界，故裂紋生長就受到阻礙，使該過程顯著地推遲了。在單晶中，蠕變裂紋起源于晶體內(nèi)的顯