高温合金涡轮盘制造工艺_0

2019-06-12 11:38

  涡轮盘是现代飞机发动机的核心部件,它在发动机燃烧室内受到高温燃气的推动,将燃气的热能转化为机械能,驱动发动机的运转。涡轮盘制造极为严苛,必须使用特殊的耐高温材料使用特殊工艺,其技术水平直接决定了发动机的性能。目前,国际上涡轮盘有以下几种:

  1、先进的铸锻变形工艺

  先进的铸锻工艺对材料和加工工艺提出了很高的要求,一方面,用来铸锻的毛坯材料要经过高度提纯,精细结晶控制,合理的开坯使得其具有良好的细晶组织,给后面的机械加工提高良好结晶的材料。另一方面,虽然有了优良的材料,如何对材料进行加工,使材料不但能够形成所需要的形状,而且还能减少加工量,同时还使加工后的材料的整体性能在零件上得到优化。

  国际上俄罗斯主要采用这种工艺制造高强度高温合金涡轮盘(典型有ЭП742、ЭК79、ЭК151、ЭК152,涡轮盘),通过VIM、ESR、VAR提纯材料纯度,在+/两相区热变形,同时采用控制动态再结晶方法等。

  2、粉末冶金工艺

  粉末冶金是为了减少目前制造涡轮盘成本而出现的一种材料制造和加工工艺。粉末冶金的工序分为制粉、压制与烧结两道工序。通过制粉工序,一是可以保证加工工序开始时合成材料的均匀性;二是可以获得以常规方法处理不能得到的人造合金组织。通过压制和烧结工序,可以将松散的粉末压制成具有一定生料强度的比较致密的固体型坯,以便进一步加工处理。

  目前,世界范围内最先进的涡轮盘材料都是粉末冶金制造的。国际上俄罗斯制造AL-31F发动机、美国的F404轻型发动机采用的是直接热等静压法成形技术(粉末冶金技术之一);美国普惠公司制造F119发动机采用了粉末热挤压+超塑性锻造成形工艺制造涡轮盘,;我国采用的是热等静压+包套锻模方式来制造涡扇-10发动机的涡扇盘。

  3)喷射成形工艺

  喷射成形将金属熔体的雾化与沉积成形合二为一,是一种新型快速凝固技术,适于新型高温合金涡轮盘类坯锭制备。采用该技术制备的高温合金坯锭具有组织细小均匀、无宏观偏析、改善热加工性和提高材料的使用性能等优点。

  目前有美国GE公司(Rene95,In718,Rene88,Nimonic115,MarM002,涡轮盘)、Howmet公司(In100,Mer176,Waspaloy,U720,In718,In713,Rene41,涡轮盘)、日本的住友重金属公司(In100涡轮盘)、北京航空材料研究院(K403,K405,K417,Rene95,涡轮盘)等都投入该技术方面研究。喷射成形镍基高温合金的研究虽然取得了一定成果,但无论在理论和实际应用上都还存在需要进一步研究和解决的问题。

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