铸造涡轮叶片晶粒的控制

一、前言涡轮叶片在高温动负荷和温度急剧变化的恶劣条件下工作。它要求叶片材料具有良好的综合性能。但是铸造涡轮叶片原始晶粒组织比较粗大,均匀度差,且常常伴以柱晶,因此塑性和耐疲劳性能都较低。当前,在铸造过程中采用表面晶粒细化工艺,也就是在型壳表面层     

铸型搅动法细晶铸造对K418B合金整体涡轮组织和力学性能的影响

铸型搅动法细晶铸造使Ｋ４１８Ｂ合金整体涡轮获得了细小、均匀的等轴晶粒,改善了合金中初生ＭＣ和γ′相的分布形态,并使它们的平均尺寸减小。细晶铸造Ｋ４１８Ｂ合金整体涡轮材料在４５０～６５０℃的低周疲劳寿命至少是普通铸造的４倍。     

动力涡轮工作叶片与导向叶片振动疲劳性能差异分析

针对某型航改燃气轮机动力涡轮工作叶片与导向叶片振动疲劳性能差异较大、导向叶片疲劳极限较低的现象,开展了 表面状态检查、内部冶金质量检查、断口分析、组织分析、叶身取样疲劳性能对比分析等工作。结果表明：工作叶片和导向叶片表面 和内部冶金质量均满足标准要求,内部晶粒度和显微疏松等级相当;工作叶片和导向叶片裂纹均为靠近“叶根”进排气边处的疲劳 裂纹;导向叶片未采用细晶工艺,叶身表面晶粒较粗;导向叶片使用返回料导致枝晶间组织粗大、局部区域存在针状TCP 相。     

某涡轮后机匣裂纹失效机理分析

为排除某航空发动机斜支板涡轮后机匣在试车后出现裂纹的故障,进行了裂纹宏观检查、断口宏观和微观形貌分析、材质检查、细晶层成因及其对疲劳特性影响分析,并对裂纹性质进行了判定,分析了产生裂纹故障的原因。结果表明:斜支板涡轮后机匣裂纹为疲劳性质,原始铸造冷隔缺陷、热等静压工艺产生的细小再结晶层、基体晶粒粗大是促使涡轮后机匣过早疲劳开裂的主要原因。为避免该类故障再次发生,建议提高浇注温度以增强浇注液流动性,从而排除冷隔缺陷;防止热等静压时产生表面细小再结晶;添加细化剂使基体晶粒细化。     

航空粉末冶金高温合金的车削加工

粉末高温合金涡轮盘组织均匀、晶粒细小、无明显偏析、合金化成度高、抗屈服强度高、抗疲劳性能好,是高推比发动机涡轮盘等部件的首选材料。     

锻造镍基合金涡轮叶片晶粒度的控制

本文从材料、叶片制造工艺、晶粒度对叶片性能的影响等方面对晶粒细化的可能途径进行了研究,提供了控制涡轮叶片晶粒度的可靠途径。     

搅拌摩擦加工对活塞用铸铝微观组织的影响

探索搅拌摩擦加工对活塞用铸造铝合金组织及性能的影响,研究了搅拌摩擦加工参数的影响规律。搅拌摩擦加工可明显细化铸造铝合金表面的组织,使粗大的铸态组织转变为细小均匀的等轴晶。搅拌摩擦加工参数选择不当,会使各加工区域的晶粒长大。通过对搅拌区组织的显微硬度测试,发现搅拌摩擦加工可以显著提高铸铝合金硬度,达到改善其表面性能的作用。     

温度参数对铸型搅动整体细晶铸造涡轮晶粒特性的影响

研究了铸造温度参数(型壳温度T型壳、浇注过热度△T)在铸型搅动整体涡轮细晶铸造工艺中对涡轮各部位晶粒特性的影响。结果表明:型壳温度、浇注过热度对整体细晶铸造涡轮轮毂中心部位晶粒特性没有明显影响,该部位的晶粒度主要由铸型搅动机械参数决定;型壳温度、浇注过热度的复合作用对整体细晶铸造涡轮叶片部位晶粒的尺寸与形态有关键影响。     

辐射涂层对空心涡轮叶片定向凝固组织的影响

为了得到组织细密的定向晶叶片,采用数值模拟和实验相结合的方法,对比研究了铸型表面涂挂具有较高辐射性能的石墨涂层和氧化铬涂层对空心涡轮叶片定向凝固组织的影响。理论分析表明,铸型表面辐射系数提高能够在一定程度上提高铸件顶端的温度梯度。实验结果表明,通过在铸型表面涂挂氧化铬涂层材料,显著提高了铸型表面辐射散热性能,降低了铸件顶端的一次枝晶间距。铸件顶端的一次枝晶平均间距为336 μm,较未涂挂任何涂层减小12.5%,较涂挂石墨涂层减小2.9%,定向晶组织得到显著细化。采用铸型外表面涂挂氧化铬辐射涂层的方法成形的复杂结构空心涡轮叶片定向晶组织形态良好。     

晶粒度对航空发动机涡轮叶片性能的影响及控制

分析了航空发动机涡轮精铸叶片晶粒度对叶片的影响，并提出了控制晶粒度的技术措施，对今后发动机精铸涡轮叶片晶粒度处理提供了一定的参考依据。     

航空发动机涡轮叶栅进口热斑试验技术

正航空发动机燃烧室出口流场存在着明显的温度不均匀,其局部的最高温度可达到最低温度的两倍左右,这种局部的高温气流被称为"热斑"(Hot Streak)。热斑进入涡轮叶栅后,冷热气流具有不同的迁移路径,会导致叶片表面出现局部高温区,增加叶身热应力,严重时还会出现叶片局部烧蚀。因此,深入研究涡轮叶栅进口热斑迁移特性及其主要影响因素,将有助于制定更为合理的涡轮叶片冷却方案,从而提高涡轮的     

满足恒应变速率等温锻的注油方程及离散化处理

 采用传统制造工艺制作的高温合金涡轮盘往往出现晶粒度粗大。不均匀以及宏、微观偏析等问题。这不仅会引起涡轮盘力学性能的不均匀性,而且降低了合金的强度、延性和抗疲劳性。采用粉末冶金制造工艺可有效地改善盘件的冶金质量,使组织均匀,晶粒细化,提高了力学性能和使用的可靠性。我国近年来进行了FGH95（相当于Rene 95）粉末涡轮盘的研制工作。FGH95粉末盘通过热等静压和等温锻造成型,由于热等静压后的坯料原始     

定向凝固涡轮叶片的晶体热粘塑性变形与损伤分析

采用一种考虑损伤的单晶体热—粘塑性变形本构模型和迭代求解数值方法,可以描述单晶在变温过程中的应力应变关系,还可以描述单晶在晶体滑移机制控制下的蠕变变形和孔洞型损伤;考虑定向凝固高温涡轮叶片的柱晶结构,应用本文模型和算法对包含若干个柱晶晶粒的定向凝固气冷涡轮叶片进行不均匀温度场下的变温热粘塑性蠕变和损伤分析。分析结果表明:该涡轮叶片在本文考虑条件下处于较低的应力水平,500小时叶尖蠕变伸长低于0.006mm。      

K417G涡轮整体叶盘叶片裂纹原因分析与验证

针对K417G合金铸造涡轮整体叶盘在发动机试车考核中出现的叶片裂纹问题,基于裂纹叶片断口宏观、微观分析及低倍组织检查结果,开展了粗晶铸造和表面细晶铸造试样的力学性能对比测试及叶片共振转速分析。结果表明,整体叶盘叶片裂纹产生的主要原因是高压涡轮导叶数24激起的3阶共振,同时粗晶铸造和叶片根部厚度偏薄也降低了叶片的疲劳抗力。为此,采取改变高压涡轮导叶数、增加叶片根部厚度和改用表面细晶铸造工艺等措施,有效避开了叶片危险共振并提高了叶片的疲劳抗力。经后续试验验证考核,叶片采取上述措施后不再出现裂纹问题。     

涡轮表面腐蚀原因分析

镍基高温合金涡轮在运行一段时间后表面发生了严重腐蚀、叶片尺寸减小。通过对涡轮表面观察、测试与分析,确定了涡轮表面腐蚀为热腐蚀,腐蚀机理为钠盐热腐蚀,腐蚀介质为含硫钠盐,随着热腐蚀的加重,腐蚀产物不断剥落,导致叶片尺寸逐渐减小。涡轮表面发生热腐蚀原因是由于发动机燃油燃烧不充分,导致表面接触甚至沉积含硫钠盐,在发动机高温的共同作用下发生热腐蚀。     

DD6 合金涡轮叶片裂纹失效分析

为了确定DD6 合金涡轮叶片在工作过程中叶身排气窗处产生的裂纹的性质和产生原因,对裂纹叶片进行了外观检查、 断口分析、成分分析和组织分析。结果表明：DD6 合金涡轮叶片裂纹是叶片排气窗间隔墙内腔转接部位再结晶引起的疲劳开裂,再 结晶晶粒产生于叶片生产过程中固溶处理之后;叶片其他排气窗间隔墙内腔表面存在小裂纹,是在叶片生产过程的再结晶检测工 序中腐蚀液流进内腔侵蚀再结晶晶粒边界所致;并通过模拟试验再现了再结晶晶粒和小裂纹的产生。提出了增加叶片内腔再结晶 检测控制、改进叶片排气窗结构或铸造工艺的建议。     

级环境下弯叶片对涡轮气动性能影响数值研究

针对某两级低压涡轮的弯扭叶片进行气动性能影响的数值研究,通过对比分析不同弯角和不同类型弯叶片的流场,认为级环境下弯叶片需根据具体载荷分布条件匹配设计.对于研究两级涡轮,第一级静叶反弯、第二级静叶正弯具有相对最优的气动绝热效率,J型弯相比对称弯改善负荷分配,降低二次流损失和激波损失,且小弯角叶片表面压力分布更均匀,流道中部熵增更小,性能高于大弯角叶片.      

某发动机动力涡轮铸件研制

采用高温合金控晶铸造工艺,将动力涡轮的轮盘铸造成细晶,叶片根部铸造成平行于应力方向的柱状晶,并对铸件进行热等静压和真空热处理,脚了普通铸造动力涡轮叶片过早断裂的技术难题。     

某型航空发动机涡轮叶片再制造

采用SEM和EDS分析高压涡轮叶片冷却孔间裂纹的失效机理,发现引起裂纹的主要原因是作用在叶片上的热机械疲劳应力和局部应力集中所致,针对K417铸造高温等轴晶材料熔焊产生晶界裂纹和晶界液化裂纹机理,开发了微弧等离子低应力焊接技术,控制了焊接缺陷的产生,实现了冷却孔裂纹的高压涡轮叶片的再制造.     

涡轮叶片粗糙度对其性能衰退的影响研究

涡轮是航空发动机核心部件之一,对整个发动机性能的发挥产生重大影响。导致航空发动机性能衰退的形式有很多种,其中由积垢沉淀因素造成的叶片粗糙度增大是具有代表性的原因。利用叶型基本数据进行两级涡轮建模,与传统建模方法相比,提高了模型精度。将所有导致涡轮性能衰退的因素都等价为叶片表面粗糙度的变化,并基于等价雷诺数修正原理,通过仿真方法定量研究了涡轮叶片由于积垢沉淀引起粗糙度增大从而导致其性能的衰退情况。仿真结果表明,当涡轮叶片表面粗糙度增大时,两级涡轮主要的特性参数都发生不同程度的减小,使涡轮总体性能下降。