先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)渦輪盤合金及渦輪盤制造 (1)

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1、.第23卷增刊航空材料學(xué)報Vo23,Sueentlpplm2003年10月(〕URNALOFAl乙RONAUTICALMATERIALS《〕ctober2003J先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)渦輪盤合金及渦輪盤制造,,,田世藩張國慶李周顏鳴皋(北京航空材料研究院,北京100095):。,、摘要渦輪盤是航空發(fā)動機(jī)的心臟渦輪盤的可靠性主要取決于其坯件的冶金質(zhì)量渦輪盤的完整性均勻性和性能水平,還取決于所用合金及其坯件的熱加工和熱處理工藝的優(yōu)化。本文對先進(jìn)渦輪盤坯件,即純潔、均勻、細(xì)晶組織的高溫合金坯件制備三種工藝,。以

2、及渦輪盤零件鍛壓成形技術(shù)進(jìn)行綜合評述:;;關(guān)鍵詞先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)渦輪盤難變形高溫合金.:TG十5;323文:A:1005一一一中圖分類號14氏1V2獻(xiàn)標(biāo)識碼文章編號5053(2003)50023306,,。動力系統(tǒng)是武器裝備的心臟而動力系統(tǒng)發(fā)含量有所降低仍保持較高水平(8%一16%)在。一展滯后的現(xiàn)象普遍存在渦輪盤是航空發(fā)動機(jī)具Ni場Cr基體中添加(3%一1%)的難熔元素。、有關(guān)鍵特性的核心部件它的冶金制造質(zhì)量和M。+W(Ta)固溶強(qiáng)化(部分也形成碳化物和進(jìn)人,、,。性能水平安全壽命丫沉淀強(qiáng)化元素A

3、i十Ti+對于發(fā)動機(jī)和飛機(jī)的可靠性從而提高其穩(wěn)定性)。6%一%,和性能的提高具有決定性影響Nb的含量進(jìn)一步提高(n)使丫相的體高性能渦輪盤用先進(jìn)高溫合金坯件的制備,積分?jǐn)?shù)增至35%以上,有的達(dá)到葉片合金的水平。。,,是先進(jìn)發(fā)動機(jī)研制和生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié)和基礎(chǔ)這)60%微量晶界強(qiáng)化元素C+B+Zr(HfV,、,,、、里所說先進(jìn)高溫合金的坯件首先必須是純潔的Mg稀土等)添加在用量配比組合和控制上更。。均勻的和細(xì)晶組織的因為只有研制出這樣的坯加精細(xì)合金化和相應(yīng)的熱加工與熱處理工藝的件,并在先進(jìn)渦輪盤鍛壓技術(shù)

4、和熱處理工藝的配配合,保證合金在使用條件下有好的綜合性能,滿,、。,合下才能保證渦輪盤的完整性和可靠性盤件組足了設(shè)計的要求與此同時基體強(qiáng)度的提高使織的均勻性、高的使用性能和最小的性能分散性。合金的變形抗力加大,變形塑性惡化,熱加工溫度,,在此基礎(chǔ)上才能在批量生產(chǎn)的條件下實現(xiàn)盤件范圍變窄(有的合金僅一70℃)材料(坯件)和渦。。質(zhì)量的穩(wěn)定和好的經(jīng)濟(jì)性輪盤零件的成形十分困難,特別是復(fù)雜合金化導(dǎo)致制備渦輪盤的大型,、1高性能航空發(fā)動機(jī)渦輪盤用高溫鑄錠(直徑400一50Omm)的嚴(yán)重偏析合金熔煉。熱加工工

5、藝的優(yōu)化控制十分困難往往由子熔煉合金,工藝控制不當(dāng)生成以元素宏觀偏析為特征的低,。,,高性能發(fā)動機(jī)一般推/重比為)8設(shè)計上倍冶金缺陷造成報廢以及熱加工過程嚴(yán)重裂紋。,,采用更高的渦輪前溫度達(dá)到>70℃甚至更高盤件完整性很難保證使金屬收得率很低成品盤,一,因此輪緣部分合金的高溫蠕變持久性能以及、。件組織不均勻性能分散大渦輪盤零件的可靠擴(kuò)散控制的組織變化過程必然成為渦輪盤合金研性、經(jīng)濟(jì)性達(dá)不到批量生產(chǎn)的要求。有的合金用。制和選材的一個重要因素同時一次壽命將達(dá),常規(guī)鑄鍛工藝無法生產(chǎn)只能采用粉末冶金工藝,

6、。1000一3000h合金的長期組織穩(wěn)定性要更好這進(jìn)行生產(chǎn)。。,些要求主要通過合金化來滿足表1列出了研制西方高性能渦輪盤都采用粉末高溫合金經(jīng)和生,,產(chǎn)的這類合金無一例外都是高強(qiáng)度難變形歷了30年發(fā)展從技術(shù)進(jìn)步的角度大體上可分為。。的鎳基高溫合金以下三個發(fā)展階段,。和以往中等合金化的渦輪盤合金相比這類20世紀(jì)70年代粉末高溫合金的興起最。一‘ene‘合金普遍加人了相當(dāng)數(shù)量(8%一18%)的CoCr早進(jìn)人使用的合金為INroo(P&w)[丁和R「,,95()〕前者以快速凝固粉(Rs十熱等靜壓GER):

7、20一一;:20一一atorzn。收稿日期030615修訂日期030831(HIP)+超塑性等溫鍛(Glig)成形后者以:田世藩(一,,。作者簡介1933)男研究員234航空材料學(xué)報第23卷表1高性能航空發(fā)動機(jī)渦輪盤用高溫合金Te1DisksuperalloysforadvaneedaengineableroProcesingloyingelement/t%AlIovAlwCr。TiNbHfCBZrOthersCOMWAl.........IN一100SAP1851253253075v(U)/M0

8、4070020040.........Merl一76(UAP18512432504314040.02002006S)/M..........Rene,0353520100595(USA)P/M8013535350070......‘...ene,88DT13016137070015003R(USA)P{M040402030.....CH98(USA)P/M1801204.04.0400.030030033.STa.....N18(Franee)P/M15.511.565434.30