工藝創(chuàng)新在航空材料中的作用-文庫(kù)吧資料
2025-01-18 22:37本頁(yè)面
【正文】 l合金 (Ti48Al2Nb2Mn)環(huán)形件噴射成形設(shè)備（ 70Kg容量）●BIAM較早就建立了噴射成形設(shè)備（見(jiàn)圖）和開(kāi)展了研究?！? PW 發(fā)動(dòng)機(jī)公司和 Howmet公司制備的噴射成形（ +熱等靜壓 +環(huán)軋） In718合金高壓渦輪機(jī)匣已分別在 PW4000 和 F100PW220 發(fā)動(dòng)機(jī)上通過(guò)了試車。◇ 與鑄造工藝相比，由于具有快速凝固的特點(diǎn)，金相組織細(xì)小均勻，更適合于在噴射成形后經(jīng)少量變形（如熱軋、冷軋、超塑成形）加工成最終成品。需 2萬(wàn)～ t擠壓機(jī)。 1980年，用熱等靜壓工藝制成的F404發(fā)動(dòng)機(jī) Rene’95粉末渦輪盤破裂而導(dǎo)致一等事故?！瘛≡瓉?lái)采用變形工藝的渦輪盤材料，由于偏析等問(wèn)題很難妥善解決，其高溫蠕變抗力和疲勞性能等難以滿足較高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，于是美國(guó)創(chuàng)立了新的粉末盤的工藝路線。 BIAM采用機(jī)械振動(dòng)法 +熱控法制成，使用 1000次以上仍不損壞，而從英國(guó)進(jìn)口的葉輪使用 900次以下就損壞細(xì)晶葉盤與普通葉盤的晶粒度對(duì)比高溫合金定向葉片 /細(xì)晶輪轂整體葉盤● 雙性能精鑄工藝 粉末成形工藝的典例 高溫合金渦輪盤材料的發(fā)展史同樣離不開(kāi)工藝創(chuàng)新的重要貢獻(xiàn)● 隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的不斷提高 ,渦輪盤材料的關(guān)鍵性地位越來(lái)越突出。目的是避免或減少與粗晶伴生的連續(xù)析出碳化物、偏析和微觀縮孔，提高疲勞性能和使用可靠性。大型單晶葉片與較小葉片對(duì)比GE公司用第二代單晶合金 ReneN5鑄出長(zhǎng) 400mm、重 9Kg的 GE90發(fā)動(dòng)機(jī)單晶空心葉片。 (a) (b)單晶渦輪空心葉片網(wǎng)格劃分 (a)凝固過(guò)程三維溫度場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果 (b)無(wú)論是定向凝固還是單晶葉片，可工藝創(chuàng)新之處是很多的?！? 為什么敢用？美國(guó)、英國(guó)與航材院渦輪葉片用高溫合金的發(fā)展 高溫合金葉片材料的發(fā)展史首先是工藝創(chuàng)新的發(fā)展史葉片冷卻方式與渦輪進(jìn)口溫度的關(guān)系● F119發(fā)動(dòng)機(jī) (F22用 )的渦輪轉(zhuǎn)子葉片選用了第二代單晶高溫合金 PWA1484, 該材料本身的最高工作溫度為 1070℃ 左右，由于采用了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)程序設(shè)計(jì)制造了超級(jí)冷卻葉片，使渦輪轉(zhuǎn)子葉片的工作溫度提高至 1621～ 1677 ℃ （F100發(fā)動(dòng)機(jī)為 1400℃ ）?！裾T人的效果：鑄造系數(shù)從 ～ ；既精確控形，也精確控性。以 V22轉(zhuǎn)接座為例，降低成本 30%，加工和安裝時(shí)間減少 62%V22轉(zhuǎn)接座前后兩種方案的對(duì)比示意圖主要靠關(guān)鍵技術(shù)及其誘人的效果壯了膽。●打算用 VDC工藝制造鈦合金風(fēng)扇和壓氣機(jī)葉片，如能實(shí)現(xiàn)，則更是一個(gè)重大突破。●與陶瓷型熔模鑄造相比，節(jié)省成本 40～ 50% ，減少了污染，提高了性能（見(jiàn)圖）。 凝固成形工藝的典例 金屬型精鑄工藝●美 Howmet公司和 PW 公司聯(lián)合推出， 1991年開(kāi)始用于高溫合金，后來(lái)又用于鈦合金。目前已用此法獲得直徑為 10?m的不銹鋼超細(xì)纖維。包套用銅制成，具有很好的潤(rùn)滑性。直徑 50?m纖維的強(qiáng)度為 4170MPa，直徑 15?m纖維的強(qiáng)度為 5300MPa。這與組織的細(xì)化和缺陷的減少有關(guān)?，F(xiàn)在，這種新的經(jīng)過(guò)超塑性加工的鋼刀鋼剪已在美國(guó)和日本上市，人們?cè)谧约旱膹N房里就可一試大馬士革寶刀的鋒芒了。直到20世紀(jì) 60年代，美國(guó)斯坦福大學(xué)的兩位冶金師揭開(kāi)了大馬士革寶刀的秘密。這是因?yàn)楫?dāng)含碳量高達(dá) % 時(shí)，雖可顯著提高鋼的強(qiáng)度和硬度，卻因形成大量脆性的滲碳體網(wǎng)狀組織而無(wú)法鍛打刀劍。美國(guó) GE公司采用近等溫塑性加工工藝發(fā)展 TiAl系金屬間化合物材料●等溫或近等溫塑性加工也促進(jìn)了難變形的 TiAl系金屬間化合物材料的發(fā)展●創(chuàng)新性等溫或近等溫塑性加工工藝促進(jìn)了SP700(2Mo2Fe)等新型超塑性鈦合金的發(fā)展● 一個(gè)古老的典型實(shí)例 大馬士革鋼寶刀的歷史故事早在 11世紀(jì)末到 13世紀(jì)末的 200年里，驃悍的阿拉伯騎兵那閃閃發(fā)光、鋒利無(wú)比的大馬士革寶刀曾使東征的十字軍聞風(fēng)喪膽。 等溫、近等溫和超塑性加工工藝鈦合金材料發(fā)展過(guò)程遇到的較大困難是塑性加工溫度范圍狹窄，而且由于導(dǎo)熱性差（見(jiàn)表）而使坯料表面溫度冷卻很快，其變形不均勻問(wèn)題很難解決，相應(yīng)地組織性能不均勻和表面裂紋等問(wèn)題突出。鈦合金不同類型的顯微組織123456 987 101112131415TA12鈦合金高壓壓氣機(jī)盤和鼓筒（采用急冷式 β模鍛工藝）百花齊放的各種高溫形變強(qiáng)韌化工藝均取得良好效果和不同程度的應(yīng)用。這種關(guān)鍵性能上的戲劇性變化是單純依靠合金成分的改變所辦不到的。 鈦合金高溫形變強(qiáng)韌化工藝傳統(tǒng)的 α＋ β鍛造工藝雖能獲得較高的 δ、 ψ，但 KIC低，da/dN快，蠕
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