增材制造600℃高温钛合金研究进展

先进航空发动机高压压气机550～600℃环境使用的关键/重要件对600℃高温钛合金提出迫切需求。但是,难成形的复杂构件以及梯度/复合结构与功能一体化构件等的制造,采用传统铸造、锻造等工艺技术难以满足需求和研发要求。增材制造是先进制造技术的典型代表,拥有材料设计-制造一体化、复杂设计-定制一体化等独特优势,为600℃高温钛合金新材料/新技术研发提供了新的途径。目前国内外已开始关注通过增材制造的方式制备600℃高温钛合金,重点研究材料-工艺-组织-性能的关系。本文首先简要回顾600℃高温钛合金研究,其次重点介绍不同增材制造工艺下600℃高温钛合金沉积态和后处理态的微观组织特点;在综合性能研究方面,列举并分析拉伸性能、蠕变性能、热疲劳性能和抗氧化性能等关键性能;在复杂设计/复合结构章节,论述以600℃高温钛合金为基体的复合材料和梯度结构增材制造的研究进展。最后,对增材制造600℃高温钛合金材料开发、复合工艺探索、缺陷控制和性能评价标准建立等研究方向进行展望。     

航空发动机先进结构与关键制造技术

目前,航空发动机普遍采用轻量化、整体化结构,如整体叶盘、叶环结构,钛合金、镍基高温合金,以及比强度高、比模量大、抗疲劳性能好的树脂基复合材料,耐高温、抗疲劳及蠕变性能好的金属基复合材料等。本文基于国内外发展高推重比发动机的技术需求,对可能采用的新结构、新技术进行阐述和分析。     

耐热钛基复合材料制备加工及应用综述

钛合金以其高比强度、高比刚度以及耐高温性能备受航天航空等领域的青睐。合金化手段已无法使钛合金突破600℃服役温度瓶颈,无法满足超高速飞行器及新型航空发动机等航空航天装备更高服役温度需求。向高温钛合金中原位引入多元多尺度的陶瓷增强相,精准控制其形成特定构型结构是实现更为优异高温性能的有效途径之一。这种新型材料也被称为耐热钛基复合材料,其使用温度较传统钛合金可提高50～200℃,受到广泛关注。本文针对耐热钛基复合材料的研制,从复合构型设计及制备、近净成形加工技术（增材制造、精密铸造、等温超塑性成形）及高温力学性能等方面,全面综述了以上研究进展及应用现状,并提出该材料目前存在问题以及未来发展方向。     

数控精密电解（PECM）--航空发动机创新制造技术不可或缺的一部分

埃马克推出的多轴联动数控精密电解机床已被航空发动机制造商用来加工高温合金、钛合金、钛铝合金的发动机主要部件,为诸如整体叶盘、单个叶片、扩压器以及涡轮叶盘的燕尾槽等复杂3D曲面工件加工提供了最佳工艺解决方案。     

MIKRON高性能五轴联动加工中心在钛合金叶轮加工上的应用

本文以钛合金离心式整体叶轮的加工工艺为例,介绍阿奇夏米尔集团公司高性能五轴联动加工中心加工此类零件的优势。在数目庞大的航空零部件中,航空发动机作为飞行器的动力核心,其零件的主要材料是钛合金和高温合金。钛合金零件多用于航空发动机的冷端部分(风扇和压气机等),而热端部分(涡轮机等)主要为高温合金     

现代航空发动机整体叶盘及其制造技术

整体叶盘是现代航空发动机的一种新型结构部件,对于提高其性能具有重要作用.本文主要介绍了航空发动机整体叶盘结构的特点、应用现状、发展趋势及其制造技术.     

整体叶盘结构及制造工艺

整体叶盘是航空发动机的一种新结构部件,已在高性能航空发动机上获得推广应用。本文介绍了整体叶盘结构特点及其制造过程中的几项主要工艺技术。     

埃马克数控精密电解(PECM)——航空发动机创新制造技术不可或缺的一部分

<正>优质高效与低成本的加工方法是世界各航太制造强国追求的目标,特别是对于难加工材料以及复杂的结构,加工方法的选择更成为了实现设计目标的保障。相比传统机械切削工艺以及电火花加工的工艺本身局限性,如所加工工件的切削残余应力变形问题,加工中产生的温度对材料的微观结构造成负面影响且刀具费用高。埃马克推出的多轴联动数控精密电解机床已被航空发动机制造商针对高温合金、钛合金、钛铝合金的发动机主要部件加工采用,诸如整体叶盘Blisk等复杂3D曲面工件加工提供了最佳工艺解决方案。既     

TC17钛合金惯性摩擦焊接头室温断裂韧性测试与分析

TC17钛合金主要用于航空发动机整体叶盘、转子和大截面锻件的制造。采用惯性摩擦焊工艺制造航空发动机压气机整体转子能够减少零件数量并有效地提高结构刚度。通过对TC17钛合金惯性摩擦焊接头断裂韧性的测试,可为钛合金惯性摩擦焊整体转子损伤容限分析提供技术和数据支持。     

复合材料在航空发动机上的应用

树脂基复合材料在发动机的外涵机匣、静子叶片、转子叶片、包容机匣以及发动机短舱、反推力装置等部件上得到大量应用;金属基复合材料具有优于传统金属材料的比强度、比刚度、耐高温和结构稳定性,在不久的将来将取代镍、钛合金,成为未来航空发动机的主要材料;金属间化合物具有密度低、刚度高、高温强度好和防火能力强等特点,早已被列为先进航空发动机的候选材料     

航空发动机整体叶盘加工技术

整体叶盘技术是新一代航空发动机实现结构创新与技术跨越的核心技术之一.与传统结构相比,整体叶盘将叶片和轮盘设计为一体,具有减重、减级、增效和提高可靠性等优点,美英等航空强国在20世纪80年代中期的新型发动机上开始应用整体叶盘技术,我国整体叶盘技术起步于20世纪90年代中期.     

一种稀土改性的先进高温钛合金

本文简要介绍了西北有色金属研究院研制的新型高温钛合金 Ti633G 的组织与性能特点。Ti633G 的名义成分为 Ti—6.5Al—3Sn—3Zr—1Nb—0.3Mo—0.2Gd.它是以 IMI829为基础,通过添加少量稀土元素钆(Gd)改性而成的。合金的设计思想着重在搞好蠕变—疲劳—热稳定性的配匹,获得良好的综合性能.添加0.2Gd 可使 IMI829合金的平均β晶粒尺寸由500μm减小到100μm,并抑制高温下β晶粒长大。Ti633G 中存在三种结构的 Gd_2O_3氧化物粒子和 S_2型硅化物——(TiZr)_6Si_3粒子.将 Ti633G 与 IMI829合金的拉伸、蠕变、疲劳和热稳定性进行了对比,并讨论了 Gd 在高温钛合金中的作用。Ti633G 是在航空发动机上应用的“本质细晶粒的”先进高温钛合金,使用温度可达550℃。     

网格结构加力筒体制造技术

TA12A钛合金是新型热强高温钛合金材料,将其与深度化铣技术相结合,应用于整体薄壁网格结构加力筒体上,可大大提高加力筒体的耐高温和强度、刚性,并减轻结构重量,满足矢量推力发动机需要。综合运用TA12A钛合金中厚板(6mm)的成形、连接、刻形、化学铣切等工艺技术,实现整体薄壁网格肋化铣结构加力筒体制造。     

纤维增韧高温陶瓷基复合材料(C_f,SiC_f/SiC)应用研究进展

纤维增韧陶瓷基复合材料除了具有耐高温、高比强度、高比模量、高热导率、低热膨胀系数等一系列优良性能外,还具有基体致密度高、耐热震、抗烧蚀、耐辐照及低放射活性、抗疲劳和抗蠕变等特性,展现了优越的高温热力学和微观组织稳定性,是一种集结构承载和耐苛刻环境的轻质新型复合材料。在空天飞行器的热防护系统、航空发动机、火箭发动机、高性能制动以及先进核能等高温热结构部件上拥有巨大的应用潜力。该类材料的使用可以提高结构的热学性能、力学性能和耐高温性能,减少系统自重和提高系统安全可靠性。针对近年来纤维增韧高温陶瓷基复合材料的研发设计、制备及服役环境对材料性能的影响进行了综述,并对该类材料未来的应用前景进行了展望。     

激光技术在风扇/压气机整体叶盘结构修理中的应用

世界知名航空发动机产品研制商和工艺开发商研发了激光金属沉积、激光低热输入精密金属沉积工艺和激光冲击强化表面处理工艺等先进且可行的激光工艺,并将其应用到整体叶盘等先进产品中,取得了很好的效果。因而,综述其特点、发展和应用可为中国新一代航空发动机风扇/压气机整体叶盘结构的发展提供参考与借鉴。     

航空锻造技术的应用现状及发展趋势

随着航空产业的不断发展,对航空装备极端轻质化与可靠化的追求越来越急迫,对材料和锻件的性能要求(如比强度、强韧性)也越来越高.钛合金、高温合金等材料的应用日益广泛,以航空工业为例,F-22和F-35飞机钛合金用量已分别高达39％和27％,先进航空发动机中高温合金和钛合金锻件重量占发动机总结构重量的55％～65％[1].而高温合金、钛合金属于难变形材料,即加工参数范围狭窄、变形抗力大、组织性能对加工过程十分敏感.所以锻造技术在航空制造领域的应用相比其他工业领域难度较大.     

整体叶盘制造工艺技术综述

随着整体叶盘在航空发动机上的广泛应用,未来高推重比、涵道比发动机使整体叶盘结构更加复杂,优异的SiC或C/C复合材料等在整体叶盘上的应用,对整体叶盘制造技术提出了更高的挑战,各国都投入大量的人力、物力对整体叶盘制造技术进行研究,寻求低成本、低污染、高效率、高质量的复合制造技术,以满足航空发动机对整体叶盘的需求。     

TC4/TC17钛合金线性摩擦焊接头性能分析

针对航空发动机整体叶盘典型的TC4和TC17异种钛合金材料,开展其线性摩擦焊工艺试验以及接头拉伸、高周疲劳力学性能的测试和分析.结果表明:TC4/TC17钛合金线性摩擦焊接头焊后经630℃,保温3h的时效热处理后,其拉伸和疲劳性能较好.接头的室温拉伸和高温拉伸强度均介于TC4母材和TC17母材之间,略高于TC4母材的性能;高周疲劳性能达到TC4母材高周疲劳强度的95%以上.     

开式整体叶盘通道高效粗加工方法研究

整体叶盘是现代航空发动机的重要组成部分,对提高发动机性能具有十分积极的作用.美国综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划与经济可承受多用途先进涡轮发动机(VAATE)计划均将整体叶盘列为重点突破技术[1].国内整体叶盘技术与欧美发达国家相比差距较大. 与传统叶片和轮毂装配结构相比,整体叶盘省去了连接用的榫头、榫槽及相应的连接件,减轻了重量,提高了推重比,使发动机的工作寿命与安全可靠性得到提升.整体叶盘分为开式与闭式两种结构.     

近α型钛合金长时高温暴露过程中显微组织演变及其对热稳定性的影响

研究了近α型钛合金TG6经α+β两相区热加工的盘锻件在600℃长时暴露过程中的显微组织演变及其对热稳定性的影响。结果表明:经600℃/100h和600℃/300h长时高温暴露后,TG6钛合金的室温拉伸强度略有提高,其增幅在5%左右,而其拉伸塑性显著降低,塑性保持率小于50%,拉伸断口趋于平直化,且存在梯田状台阶和二次裂纹等,表现为显著的解理断裂特征。在600℃高温长时暴露过程中,TG6钛合金中的显微组织变化主要有在基体组织中的共格有序α2相析出及硅化物析出。随着高温暴露时间的延长,TG6钛合金的显微组织逐渐趋于稳定,拉伸性能的变化也相应趋缓。α2相析出促进了拉伸变形时位错滑移的平面化及变形不均匀,是热稳定性下降的主要原因;而硅化物析出协同促进位错滑移集中化,是热稳定性下降的次要因素。