高推重比航空發(fā)動機(jī)整體精鑄燃燒室機(jī)匣用高強(qiáng)度高溫合金研究.pdf

1、新一代高推重比航空發(fā)動機(jī)對燃燒室機(jī)匣部件性能和承溫能力提出了更高的要求。機(jī)匣整體精鑄工藝有望克服現(xiàn)行傳統(tǒng)鍛焊成形機(jī)匣剛性差、變形嚴(yán)重的不足，進(jìn)一步降低重量、提高推重比，更易實(shí)現(xiàn)高推重比發(fā)動機(jī)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)；而傳統(tǒng)機(jī)匣大量使用的Inconel 718及替代合金也不能滿足新一代高推重比發(fā)動機(jī)的使用要求。因此發(fā)展能夠在700℃保持組織和性能穩(wěn)定、室溫至700℃屈服強(qiáng)度均超過1000MPa，且適于整體精鑄成形的高強(qiáng)度鑄造高溫合金具有重大的實(shí)際意義。

2、 本文在Inconel 718C和Rene 220合金基礎(chǔ)上，采用理論計算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，設(shè)計了一系列改型合金成分；并系統(tǒng)研究了Nb、Ta、W、Mo、Al、Ti等元素含量變化對力學(xué)性能、長期時效過程中的組織穩(wěn)定性和時效硬化行為的影響規(guī)律以及熔體處理工藝、熱處理工藝對試驗(yàn)合金組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律，得到如下主要結(jié)果： (1)保持(Nb+Ta/2)％wt不變，隨Ta含量增加，室溫和700℃拉伸強(qiáng)度、700℃持久壽命顯著

3、提高，合金中γ"相穩(wěn)定性提高，δ相的析出被推遲，同時低Ta合金中的700℃時效硬化峰在高Ta合金中不再出現(xiàn)，這說明相同原子比的Ta置換Nb既有利于合金強(qiáng)化、又有利于組織穩(wěn)定性的提高。但當(dāng)保持Nb含量不變時增加Ta含量，雖然合金拉伸強(qiáng)度和持久壽命顯著提高，γ"相穩(wěn)定性卻降低，δ相加速析出，700℃時效硬化峰提前出現(xiàn)，這說明Nb、Ta總原子百分比的提高降低了合金的組織穩(wěn)定性。 (2)保持Mo含量不變而增加W含量對室溫和700℃拉伸強(qiáng)

4、度、700℃持久壽命影響不大，卻顯著降低γ"相穩(wěn)定性，強(qiáng)烈促進(jìn)δ相提前析出，加速700℃時效硬化峰出現(xiàn)。但保持(Mo+W/2)％wt不變，增加W含量時，室溫和700℃拉伸強(qiáng)度、700℃持久壽命均顯著提高，晶界δ相雖提前析出，卻不如單獨(dú)增加W顯著，并且700℃時效至1000小時仍未出現(xiàn)硬化峰，說明該成分合金中γ"相仍具有較好的組織穩(wěn)定性。 (3)增加Ti含量顯著提高室溫和700℃拉伸強(qiáng)度，但同時顯著降低700℃持久壽命、明顯促進(jìn)δ

5、相析出、降低γ"相穩(wěn)定性、加速700℃時效硬化峰出現(xiàn)。而增加Al含量顯著降低合金持久壽命，但對室溫和700℃強(qiáng)度、組織穩(wěn)定性以及時效硬化行為的影響卻不顯著。 (4)設(shè)計優(yōu)化的高溫合金成分為Ni56.415Cr18.0CO12.0Al0.5Ti1.0Nb3.0Ta5.0Mo2.0W2.0B0.02-Y0.05C0.015，采用鑄造工藝為1600℃保溫熔體處理10分鐘、澆注溫度1400℃、模殼預(yù)熱溫度800℃，熱處理工藝為1180℃

6、×4小時→775℃×4小時→700℃×10小時。該合金700℃屈服強(qiáng)度達(dá)1075MPa，700℃/620MPa持久壽命達(dá)到250小時，明顯優(yōu)于Ineonel 718C合金650℃水平。與Rene 220合金相比，室溫屈服和斷裂強(qiáng)度分別提高35％和29％，700℃屈服和斷裂強(qiáng)度分別提高34％和27％，700℃/620MPa持久壽命提高355％。經(jīng)700℃1000小時長期時效后，該合金強(qiáng)度和持久性能仍能保持與時效前水平相當(dāng)，滿足新一代高推重