面向空心涡轮叶片的氧化铝基陶瓷铸型高温强化制造

针对航空空心叶片氧化铝基陶瓷铸型高温性能较差的问题,研究了不同浸渍材料对氧化铝基陶瓷铸型高温性能的影响规律。结果表明:未经强化处理的陶瓷铸型力学性能较差,高温(1 500℃)强度不足0.5MPa,室温(20℃)强度不足10MPa。经硅溶胶、硅酸乙酯水解液、YCl3溶液以及MgCl2溶液4种不同浸渍液强化处理后陶瓷铸型力学性能有不同程度的提高,其中YCl3溶液以及MgCl2溶液强化效果不理想,陶瓷铸型力学性能没有明显改善,且MgCl2溶液浸渍强化后陶瓷铸型存在较大的体积膨胀,不能满足使用要求;硅溶胶、硅酸乙酯水解液浸渍强化可显著改善陶瓷铸型的高温性能,硅溶胶强化处理后,陶瓷铸型1 500℃高温强度可达10MPa左右,满足空心涡轮叶片定向凝固过程中对铸型高温强度的要求。通过复合浸渍的方法制造了一体化陶瓷铸型并成功浇铸了空心涡轮叶片。     

航空发动机涡轮叶片精密成形技术及其发展趋势

空心涡轮叶片一直是制约我国高性能航空发动机研制的瓶颈。针对空心涡轮叶片精铸合格率较低的问题,在讨论涡轮叶片精密铸造工艺的基础上,从精铸"控形"及"控性"两方面,对涡轮叶片精铸成形技术的研究成果进行了总结。此外,围绕未来更高性能航空发动机涡轮叶片,从材料、结构、工艺的角度对其发展趋势进行了讨论。分析认为,陶瓷基复合材料有望在发动机涡轮叶片上得到更广泛的应用。     

新机研制中的新材料和热工艺应用

在涡扇、涡轴两种中、小型燃气涡轮发动机的研制中，采用了较多的钛合金、高温合金和高强结构材料和粉末盘热等静压、单晶叶片精铸、等温锻造、无余量整体精铸、大型薄壁带铸造油路的名合金铸造、多弧等离子镀、蜂窝激光焊、高温真空钎焊和钛合金的锻造、铸造、表面处理、焊接等新工艺，保证了新机性能，使中小涡轮燃气发动机制造技术上了一个新台阶。     

增材制造——面向航空航天制造的变革性技术

增材制造技术在航空航天应用方面具有单件小批量的复杂结构快速制造优势,未来将向着设计、材料和成形一体化方向发展。分析了增材制造在航空航天领域应用发展的3个层面,以航空发动机涡轮叶片增材制造、高性能聚醚醚酮（PEEK）及其复合材料、连续纤维增强树脂复合材料及太空3D打印为主题,介绍了增材制造技术国内外以及西安交通大学的研究状况。涡轮叶片应用增材制造工艺可以有效提高效率降低成本,未来向高性能的高温合金和陶瓷基复合材料增材制造技术发展。高性能轻质聚合物PEEK及其复合材料增材制造在高力学性能结构件、吸波功能件的成形中得到应用,将改变现有的设计与材料,推动结构与功能一体化发展。连续纤维复合材料增材制造将带动无模具纤维复合材料成形的新发展,在太空3D打印将改变未来航空航天制造模式。增材制造技术将给航空航天制造技术带来变革性发展。     

典型涡扇发动机陶瓷基复合材料涡轮叶片概念设计

为了推动先进航空发动机陶瓷基复合材料（CMCs）涡轮叶片设计技术进步,以典型涡扇发动机基准性能参数为原始数据,按照涡轮叶片正向设计流程,从气动设计,到结构设计,再到变形及强度分析,梳理出以材料强度为约束,发动机推力和耗油率为输入值,涡轮叶片叶身模型为结果的概念设计方法。设计了一种陶瓷基复合材料低压涡轮转子叶片,该叶片实心无冷却,设计工况下的气动性能、强度和振动特性仿真结果满足设计要求。安全储备系数可达1.8,涡轮盘外载预估减少50%,验证了陶瓷基复合材料用于先进航空发动机热端部件的可行性。涡轮效率提高0.98%～1.17%表明陶瓷基复合材料具有提升先进航空发动机热端部件性能的潜力。     

燃气涡轮陶瓷零件的研究开发

俄罗斯中央航空发动机研究院的学者发表了小型航空燃气涡轮发动机耐热材料的研究过程和结果报告,他们开发了高温（耐２２００℃）陶瓷的涡轮叶片、燃烧室和轴承。叶片材料使用氮化硅和碳化硅,并以一级叶片为无冷却,提高效率２％,对燕尾进行振动疲劳和裂纹扩展的有限元分析。在燃烧室火焰筒的高温耐压试验中,由氮化硅制造的叶片未被破坏,而碳化硅制造的叶片被破坏了。开发的转子轴承的滚珠及座圈由氮化硅陶瓷制造,保持架系用碳制造,减少了冷却润滑燃气涡轮陶瓷零件的研究开发@陈敬之     

宇航熔模铸造技术的发展

本文评述了近年来国内外宇航熔模铸造技术的发展概况,内容包括:熔模铸件市场情况,铸造涡轮叶片发展过程、定向凝固及单晶技术、整铸涡轮转子、大型结构铸件、钛合金精铸件、陶瓷壳型及型芯工艺以及熔模铸造新技术。     

精铸过程位移场的数值模拟方法

为了保证精铸件的成形精度,制造所用的模具型腔必须对铸件的收缩变形进行补偿。提出一种精铸过程位移场的数值模拟方法：通过涡轮叶片的精铸实验,测量与分析铸件上特定位置的温度值变化曲线,反向求解了界面换热系数随时间的变化关系,提高了铸件凝固过程中温度场数值计算的精度。通过设置适当的工艺参数和边界条件,基于熔模铸造温度场和应力场,对精铸过程进行耦合计算,得到了较为精确的凝固过程位移场,与实测结果吻合较好,为精铸涡轮叶片模具型腔的优化提供了量化参考依据。     

高强度定向凝固高温合金DZ22的研究和应用

DZ22合金具有较高的中、高温性能,与国外著名的定向合金PWA 1422相当。它的成分以PWA 1422为基础,通过试验确定了更合适的Hf、C和Zr含量范围。现行的母合金熔炼工艺和铸件定向工艺是可靠的、稳定的。经过专门处理的返回料可以应用。在定向凝固过程中的铸型移动速度对零件的结晶取向和组织有较大影响。提高固溶热处理温度对高温纵向持久寿命和中温横向持久寿命有相反的作用。批生产实践证明:DZ22合金不仅具有较高的力学性能,而且具有良好的铸造、焊接和磨削加工性能,是制造先进航空发动机和地面燃气涡轮用的带有复杂薄壁内冷通道的涡轮叶片的理想材料。     

精铸中石英玻璃陶瓷型芯质量的控制

用精密铸造方法生产空心涡轮叶片,特别是复杂型腔的空心叶片,陶瓷型芯的制造是一个十分重要的环节。我们采用以石英玻璃为基础的热压注法成型工艺制造高压导向叶片的陶瓷型芯,利用正交设计方法进行试验,以求找到较合适的材料配比和工艺方法,使型芯具有足够的常温和高温性能,较低的线收缩率及最小的裂纹倾向。通过试验,取得了以下方案配比: 型芯成份石英玻璃粉 75％熟料 15％铝矾土陶泥 8％氧化钛 2％石英玻璃粉粒度 40小时球磨     

高温涡轮叶片陶瓷型芯模具的计算机辅助制造

增大高温涡轮叶片的冷却面积可改善冷却效果,以大大提高发动机的推力。目前高温涡轮叶片多采用冷却型腔代替冷却型孔。制造陶瓷型芯,模具是关键,因为该模具型腔构型十分复杂,以致采用常规的机械加工方法,甚至常规的数控加工方法都难以完成。我们采有计算机辅助程序设计、数控刨铣的综合工艺,和过一年多的研制,完成了陶瓷型芯模具的试制工作。     

涡轮叶片精铸模CAD／CAM原型系统开发与应用

将并行工程的思想和方法运用于航空发动机涡轮叶片精铸模具设计与制造的全过程,以ＩＭＡＮ 作为信息集成平台,开发出的ＣＡＤ／ＣＡＭ 原型系统真正实现了精铸模设计与制造的无纸化,使涡轮叶片精铸模具的设计周期缩短了６０ ％ ,数控编程周期缩短了５０ ％ 。     

消息与动态

高温合金泡沫陶瓷过滤器及其过滤工艺通过部级鉴定长期以来,我国航空发动机工厂的精铸高温合金叶片,普遍存在合格率低、报废量大的问题.其中因夹杂缺陷造成的废品占很大比例.以南方动力机械公司一九八三年生产的xx-6发动机四种K3合金涡轮工作叶片为例,仅X光透视检查中发现的废品就达20～30%,而且由于夹杂造成的废品就占整个废品量的70%,废品损失达二十多万元.多年来,为了解决高温合金叶片的夹杂问题,曾采取过很多措施,但收效甚微,均未能从根本上解决问题.一九八三年底,南方动力机械公司与西北工业大学合作对高温合金过滤净化技术进行研究,通过两年多的努力,研制成功了高温泡沫陶瓷过滤器,及     

基于规则的涡轮叶片精铸模型递增转换技术

目前主要采用精密铸造成型辅以机械加工的方法来完成涡轮叶片的制造.在涡轮叶片制造过程中精铸模具的设计将是整个生产周期中的关键"瓶颈".而对于精铸模具的设计,保证其精度的关键就是模具型腔体的获取,即模型的递增转换.     

基于特征映射的涡轮导向叶片精铸模型自动转换研究

通过对涡轮导向叶片及其精铸模型结构特点的分析,以特征映射理论为依据,提取其结构特征、特征内部的约束关系和构成特征的几何元素,将叶片的内外零件模型添加加工余量、工艺附件、收缩率后得到精铸模具设计和制造所需要的模具型腔体模型,从而完成了精铸模具设计各模型间的自动转换,大大缩短了精铸模具的设计周期,具有重要的理论和实践应用价值.     

机器人自适应砂带磨削镍基高温合金精铸叶片试验研究

镍基高温合金精铸叶片由于其铸造余量大、定位无基准等,在加工时难以保证其加工精度。采用机器人砂带磨削方式并结合自适应加工技术,对镍基高温合金航空发动机精铸叶片进行磨削。通过对精铸叶片采用三坐标6点迭代的方式,确定航发叶片相对于夹具的位置;然后进行轨迹规划并提取点位信息,建立四阶齐次矩阵反求出机器人运动轨迹,保证磨削位姿和磨削参数;最后根据叶片型面余量信息,采用自适应加工方法,对航发精铸叶片进行定量的材料去除,保证其加工精度。     

粉末高温合金研究进展与应用

粉末高温合金由于特有的组织与性能已成为制造先进航空发动机涡轮盘的优选材料.为提升航空发动机的使用性能及可靠性,对粉末高温合金从材料、制造技术到涡轮盘的工程化应用进行全面和深入的研究,在粉末盘相应的关键技术上取得突破性进展,确立粉末盘制备的工艺路线,并制定工艺与检测的技术文件.为缩短研制周期,优化工艺过程.数值模拟技术也在粉末盘制备过程中得到广泛应用,并取得初步验证实验结果.     

陶瓷基复合材料涡轮外环研制初探

目前涡轮外环通常采用镍基和钴基高温合金材料并通冷气冷却,难以满足发动机安全可靠工作所必需的高温蠕变强度和高温抗氧化腐蚀能力,以及降低发动机结构重量提高功重比的需求,因此,开展陶瓷基涡轮外环的材料、工艺及应用研究是十分必要的。     

编者的话

我们非常高兴能在苏联航空材料研究院单晶叶片技术代表团访华之际,将这本增刊特集奉献在读者的面前。 1991年5月28日至6月11日,中国北京航空材料研究所单晶叶片技术代表团访问了苏联航空材料研究院,开展了科研成果交流和技术合作,本刊主编也参加了这次活动。访问期间,中国专家作了铸造高温合金发展,精铸模料、型芯和壳型工艺,定向和单晶叶片技术等专题报告,并参观考察了苏联单晶叶片铸造设备和工艺,铸造基地,陶瓷材     

航空发动机叶片焊接修复技术的研究现状及展望

航空发动机叶片长期处于复杂恶劣的工作环境中,极易出现各类损伤缺陷,更换叶片价格昂贵,针对叶片修复及再制造技术的研究具有巨大的经济效益.航空发动机叶片主要分为涡轮叶片和风扇/压气机叶片两大类,其中涡轮叶片通常采用镍基高温合金,而风扇/压气机叶片主要采用钛合金,也有一部分采用镍基高温合金.涡轮叶片和风扇/压气机叶片的材料及...