某型航空发动机涡轮机匣选材论证分析

以某型航空发动机高、低压涡轮机匣选材为例,对温度、强度和寿命进行了计算分析,并结合生产成本、材料供应状况和工艺成熟度,提供了涡轮机匣材料选择的方法。分析结果表明：GH4169合金比较适合作为航空发动机涡轮机匣材料。     

高温耐热钢的半边孔钻削

某机种涡轮机匣,材料为高温耐热钢GH132,经精车后的有关形状和尺寸如图1所示。设计要求在其上钻92个φ5.5的半边孔和46个φ3的半边孔,如图2所示。     

一种涡轮机匣挂钩槽疲劳寿命研究的试验方案

提出了一种针对涡轮机匣挂钩槽疲劳寿命的试验方案.该方案首先对涡轮机匣进行数值分析,得到危险部位的应力分布,再通过常温下机械加载来模拟危险部位总应力场,并在该载荷下获取涡轮机匣挂钩槽疲劳寿命.利用该方案,对新制作的涡轮机匣结构改进措施、原有涡轮机匣维修措施以及腐蚀影响进行了试验研究.结果表明:①新制作的涡轮机匣挂钩槽增加倒圆半径为0.8mm的圆角后,安全寿命在50%,95%置信度下可分别增加69%和198%;②原有涡轮机匣挂钩槽铣倒圆半径为1.5mm的内圆角后可以获得与新制作的涡轮机匣挂钩槽相近的疲劳寿命;③腐蚀会严重影响涡轮机匣挂钩槽的疲劳寿命.      

微量Sc对TiAl基合金显微组织和力学性能的影响

采用透射电子显微分析和力学性能测试方法研究了微量 Sc对 Ti Al合金显微组织和力学性能的影响。结果表明 ,合金的室温抗弯强度和最大挠度均随 Sc含量的增加而下降 ,而合金的高温压缩强度却显著提高。 TEM观察发现 ,Sc的加入使 Ti Al合金中形成大量的呈薄片或颗粒状的 (Sc,Ti) 3 Al相。这种相沿α2 /γ和γ/γT 界面择优分布 ,且与界面位错有交互作用。此种结构组态可能是造成 Ti Al合金的室温性能下降的主要原因。而对于以界面间的滑移为主要变形方式的高温形变 ,由于界面间的滑移受到阻碍作用 ,合金的高温强度得以提高     

TiAl基合金组织热稳定性和演化机制及对力学性能的影响

Ti Al基合金由于其优异的综合高温力学及物理性能,成为航空航天轻质高温结构的重要备选材料,其目标使用温度范围在650~1000℃。Ti Al基合金组织在高温长时服役条件下的稳定程度及演化对其力学性能有重要的影响,因此Ti Al基合金组织及性能的热稳定性长期以来一直备受关注。介绍了Ti Al基合金热稳定性研究内涵,对Ti Al基合金在高温条件下的组织演化、相转变现象及机理进行了讨论和分析,包括α2/γ片层团的不连续粗化、γ板条的连续粗化、α2相的分解以及B2(ω)相的变化。归纳总结了主要影响因素(合金元素、温度、时间、热载荷)对Ti Al合金显微组织和力学性能热稳定的影响规律及机制。最后对Ti Al合金热稳定性的研究方向进行了总结和展望。     

低膨胀高温合金焊缝金属凝固行为的模拟预测

为研究低膨胀高温合金的焊缝结晶裂纹倾向,利用改进的M F模型进行焊接凝固过程溶质再分布的模拟。自行编制了QBasic程序,利用该程序计算了三种低膨胀高温合金焊缝的凝固反应顺序和形成共晶组分的种类与数量。结果表明,GH903和GH907合金在初始凝固后首先发生L→(γ NbC)共晶反应,然后以次共晶反应L→(γ Laves)结束凝固,最终凝固组分由γ/NbC和γ/Laves两类共晶组分构成。而GH909合金在初始凝固后只发生L→(γ Laves)反应,且最终γ/Laves共晶生成量大,因此结晶裂纹敏感性高于GH903和GH907合金。改变碳含量能够影响GH909合金的凝固路径,但是仅靠提高碳含量改善焊接性的作用有限。     

TiAl合金高温循环氧化行为及其表面改性研究

研究了TiAl金属间化合物及表面涂层在空气中的高温循环氧化行为。结果表明:在800℃时TiAl合金具有较好的抗高温氧化行为,但当温度高于800℃时,TiAl合金表面未能形成单一的Al2O3保护层,而是形成外3层为疏松的TiO2层,内层为TiO2+Al2O3的混合氧化物层,因而使得TiAl合金的抗高温循环氧化性能严重蜕化。TiAl合金经过Cr改性铝化处理后,表面形成了具有立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7层,立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7不仅具有较高的铝含量,而且具有优良的韧性,因而使得处理后的TiAl合金具有良好的抗高温循环氧化性能。铝化物涂层尽管有很高的铝含量,但由于铝化得到的TiAl3相具有四方形结构,涂层非常脆,故该涂层抗高温循环氧化性能有待进一步提高。     

时效工艺对冷变形多相紧固件GH350合金组织与性能的影响

 利用光学显微镜和扫描电镜(SEM)分析,研究了冷拔态GH350(AEREX350)合金中η-Ni₃Ti相的时效析出规律以及对合金高温拉伸性能的影响。研究发现,冷拔态GH350合金中η-Ni₃Ti相在780~1 060 ℃温度范围内析出,且呈两种形态。晶界片状η相在780~1 060 ℃温度范围内均可析出,但在850~1 060 ℃温度区间,除晶界η相外,在晶内沿(111)面呈魏氏体形态析出片状η相。冷变形GH350合金在980 ℃开始发生再结晶,1 010 ℃可完全再结晶。对二阶时效后冷变形GH350合金的高温拉伸实验表明,随着一阶时效温度的升高,合金的高温塑性增加,强度降低。     

滚压焊缝对高温合金氩弧焊接头性能的影响

介绍了滚压焊缝对航空发动机薄壁机匣典型高温合金GH3030、GH3536和GH4169钨极氩弧焊接头性能的影响,试验结果表明,焊缝滚压后接头的室温、高温拉伸性能以及接头组织形貌均有不同程度的改变.     

GH536镍基高温合金板材焊接性研究

本文根据新机燃烧室焊接构件的要求,对GH536镍基高温合金板材进行了焊接性研究。通过十字搭接裂纹倾向试验和热塑性试验,了解并评定了该合金板材的裂纹倾向性,提供了GH536合金GTA焊接接头的力学性能数据,解决了新机试制生产中的一个关键问题。     

GH169合金的锻造特性及工艺探讨

一、前言我厂某研制产品有两种套筒零件(外径Φ112.6d,内径Φ111D,长度114±0.1,壁厚0.8毫米),设计部门选用了GH169合金。原料为Φ120棒材,可直接加工成零件,但这样原材料浪费颇大,同时加工周期长,刀具磨损严重,生产费用昂贵,这种加工方法显然极不合理。如果通过锻造,使毛坯尽可能地接近零件形状和尺寸,那是比较合理的工艺方法。但因GH169合金系新材料,我厂从未锻过,又无成熟经验可供参考。尤其这种薄壁筒     

高Cr铸造镍基高温合金K4648与陶瓷型芯的界面反应研究

采用金相显微镜、扫描电镜及能谱、电子探针和X射线衍射对高Cr铸造镍基高温合金K4648等轴晶和定向凝固铸件的合金/陶瓷型芯界面反应进行了系统研究,获得反应时间与反应量关系的界面反应动力学曲线、不同反应时间的反应界面形貌及产物的种类。结果表明:高Cr铸造镍基高温合金K4648与铝基型芯不易发生反应,而与硅基陶瓷型芯发生剧烈的界面反应,反应产生金属瘤状凸起物,造成铸件内腔破坏。此外,白色的硅基型芯内部变成黑色,黑色反应区内含有一定量的Cr,Al,Ti元素。在反应的中、后期型芯黑色反应区内还存在着灰色区,该区的Cr,Al,Ti含量远高于黑色反应区。高Cr铸造镍基高温合金K4648合金与硅基陶瓷型芯反应分为:(1)富Cr,Al,Ti熔体向型芯内的渗入阶段;(2)富Cr,Al,Ti熔体与陶瓷型芯SiO2基体的反应;(3)富Cr,Al,Ti的熔体与型芯中Zr-SiO4颗粒反应三个阶段。反应过程中型芯存在局部液化现象。K4648合金/硅基陶瓷型界面反应产物主要为层状或树枝状Al2O3,块状Cr3Si金属间化合物、ZrO2,富Cr,Zr,Al,Ti的复合氧化物、共晶形态的富Cr,Si,Al,Ti的复合氧化物、块状或树枝状的富Ti,Al,Zr,Cr复合氧化物。反应产物中的Cr,Al,Ti元素来自合金熔体而Zr,Si,O来自陶瓷型芯。     

航空发动机涡轮机匣轮盘包容性研究

为研究某航空发动机辅助动力装置涡轮盘在预定转速范围内破裂后涡轮机匣的包容能力,在高速旋转试验器上进行了涡轮机匣的包容性试验.试验采用轮盘周向3个对称位置预制裂纹的方式,使轮盘在预定转速范围内破裂成均匀3块,得到了轮盘碎块撞击涡轮机匣的高速摄影照片.试验结果表明轮盘碎块击穿机匣撞击包容环,包容环发生大塑性变形,包住轮盘碎块.采用LS-DYNA软件对涡轮机匣包容性进行数值仿真,仿真结果与试验结果吻合良好,研究结果对航空发动机轮盘包容性设计有一定的参考价值.      

TiAl合金与ZrB2-SiC陶瓷非晶钎焊接头组织与力学性能

采用Cu_(41.83)Ti_(30.21)Zr_(19.76)Ni_(8.19)(at.%)非晶钎料对Ti48Al2Cr2Nb合金与Zr B_2-Si C陶瓷进行真空钎焊连接,通过扫描电镜、能谱分析、X射线衍射以及万能试验机对接头的微观组织和力学性能进行研究。结果表明:Ti Al合金与Zr B_2-Si C陶瓷钎焊接头的界面结构为Ti Al/Ti_2Al/Al Cu Ti/(Ti,Zr)_2(Cu,Ni)+Ti B+Ti Cu/Ti_5Si_3/ZS。当钎焊温度为910℃,随着保温时间的延长,靠近Zr B_2-Si C一侧反应层宽度逐渐增大,接头中弥散分部的Ti B和Ti Cu聚集长大。接头剪切强度随着保温时间的延长先上升后降低,当钎焊温度为910℃,保温20 min时,接头剪切强度最大,为187 MPa,通过对各工艺的接头断口分析,发现接头均断裂在陶瓷侧,断裂方式为脆性断裂。     

Al2O3陶瓷与GH3536真空钎焊接头界面组织与力学性能

采用Ag-5.0Cu-1.0Al-1.25Ti银基钎料通过真空钎焊的方法实现了Al₂O₃陶瓷与镍基高温合金GH3536的连接。为明确钎焊接头的界面形成机理,通过扫描电子显微镜和X射线衍射分析的测试方法研究了接头的界面组织结构与物相组成。同时探究了钎焊温度与保温时间对接头微观组织与力学性能的影响规律,从而实现工艺参数的优化。研究表明：在钎焊温度为970℃,保温时间为10 min的条件下,Al₂O₃/GH3536钎焊接头的典型界面组织为Al₂O₃/Ti₃（Cu, Al）₃O/Ag（s, s）+AlCu₂Ti/TiNi₃+TiFe₂/GH3536,其接头的抗剪强度最高可达到194±10 MPa。随着钎焊温度的升高和保温时间的延长,Ti₃（Cu, Al）₃O反应层的厚度增加,钎缝中的富Cu相减少,AlCu     

新型阻燃Ti40合金TIG焊焊接性能研究

研究新型阻燃钛合金Ti40合金的TIG(tungest inert gas)焊焊接性能,采用金相、SEM等方法分析Ti40合金焊缝及热影响区的组织变化.结果表明,Ti40合金钨极氩弧焊焊缝室温、高温拉伸性能良好,冲击性能较低.焊接之后的热处理制度对组织有一定的改善.经500℃×100h热暴露后,晶界粗化,为连续α相.     

Zr对Ti3Al基金属间化合物TLP扩散焊接头组织性能的影响

采用TiZrNiCu非晶态箔状钎料过渡液相(TLP)扩散连接Ti3Al基金属问化合物,通过对接头的力学性能及微观结构的分析,研究了中间层合金TiZrNiCu中Zr元素对Ti3Al基金属间化合物,TLP扩散连接接头组织和性能的影响规律和机理.结果表明,在连接工艺相同条件下,随着中间层合金中添加元素Zr含量减小,Ti3Al基TLP扩散焊接头强度增大;通过延长后续扩散处理时间,可以减小Zr元素对接头组织性能的不利影响.     

Ti600合金板材的轧制工艺与电子束焊接性能研究

测试研究了Ti600 高温钛合金板材在不同加工及热处理状态下的室温拉伸及高温蠕变性能,分析对比了热机械处理工艺(thermomechanical process-TMP)与常规加工热处理对合金板材组织形态特征与性能的影响规律与内在机制;另外还对Ti600合金板材的焊接性能进行了研究.结果表明:采用热机械处理工艺(TMP)可获得充分生长的片层状团束组织(colony structure),这种类型的组织显著提高了合金的高温蠕变性能.而且合金经电子束焊接后仍然具有良好的综合性能.     

GH4169高温合金惯性摩擦焊接头动态再结晶过程

当温度、应变、应变速率达到一定条件时 ,GH4 16 9镍基高温合金在惯性摩擦焊接过程中易发生动态再结晶。本文研究结果表明 ,由于GH4 16 9合金惯性摩擦焊接时间很短 ,动态再结晶进行得相当充分 ,而动态回复不足 ,在动态再结晶的过程中还可以看到有些结晶过程还处于形核阶段 ,这是惯性摩擦焊接头产生细晶乃至超细晶的根本原因     

Ti_2AlNb合金的钎焊试验研究

采用箔带状Ti-15Cu-15Ni钎料合金对Ti2Al Nb合金开展钎焊试验研究。随着钎焊温度的升高,钎料合金在基体材料上的润湿角逐渐减小,直至965℃完全润湿基体材料。当钎焊工艺为975℃/10min时,钎焊接头室温抗拉强度可达855MPa,达到基体强度的80%。钎焊界面为冶金结合界面,未见焊接缺陷,界面中心存在10μm宽的钎料元素富集区。该工艺条件下,Ti2Al Nb合金的室温拉伸断口为脆性解理断口,钎料元素富集区处产生了大量的二次裂纹。研究结果为Ti2Al Nb合金钎焊构件的制造技术提供了理论基础。