渦輪葉片材料的發展經歷了從鍛造高溫合金、多晶鑄造高溫合金、定向凝固柱狀晶、單晶和定向凝固高溫合金的發展過程。未來金屬間化合物、人造纖維增強高溫合金和定向再結晶氧化物彌散強化合金將進壹步發展,未來渦輪材料將采用非金屬材料。幾十年來,高溫合金的工作溫度每年提高約8K,比原合金提高300K。
定向凝固技術可以消除合金晶粒垂直於主應力軸的晶界,減少鑄造冶金缺陷,顯著提高熱強度和熱穩定性。材料本身可以提高渦輪進口溫度20-60℃,使葉片具有更高的強度和抗蠕變性。定向柱狀高溫合金、單晶高溫合金、定向* *晶高溫合金和機械合金化高溫合金的發展,進壹步提高了葉片的工作溫度。
單晶渦輪葉片是80年代以來航空發動機的重要技術之壹。在過去的15年裏,第壹代、第二代、第三代單晶合金相繼被開發和應用。航空發動機渦輪葉片的耐溫性比定向柱狀晶高90℃。目前推重比8的壹級發動機廣泛采用單晶技術。壹般情況下,渦輪葉片的合金工作溫度為880℃,采用定向凝固或單晶技術後可達到940℃-980℃,定向凝固* * *晶體制造的渦輪葉片工作溫度為1040℃,第壹代單晶的使用溫度比定向凝固合金高25-50℃,第二代單晶合金(PWA1484,CMSX-4,Rene¢N4)的使用溫度第三代單晶合金(CMSX-10)可進壹步提高耐溫性28-56℃,達到1100℃,這種材料是未來十年發動機渦輪葉片的候選材料。
渦輪盤的材質也有了很大的提升。真空熔煉、真空鑄造和粉末冶金技術的應用可以更精確地控制材料,消除有害雜質。材料性能大幅提升,盤面強度翻倍。
目前推力比10的壹級發動機渦輪采用單晶葉片材料和隔熱塗層。這些發動機采用了第三代單晶葉片材料,其耐熱性達到了1320-1370 K,先進的隔熱塗層可以提供100-150K的隔熱效果。
渦輪零件的制造技術在過去幾十年中經歷了幾個階段,包括模鍛、鑄造和無余量空心精密鑄造。自1982年JT9D-7R4D發動機第壹級渦輪葉片采用單晶空心精鑄葉片並投入使用以來,已有20多種發動機采用了空心精鑄葉片。目前國外正在探索性能水平更高的單晶劈裂和擴散粘結葉片以及多孔疊層葉片的制造技術,可以進壹步提高渦輪的進口溫度。為小孔加工開發的鑄造冷卻技術使得在渦輪葉片上鑄造0.25毫米的氣膜孔成為可能。單晶精密鑄造、真空擴散焊接和優異的表面保護和處理的發展,保證了渦輪葉片在設計後越來越精細。
國外在渦輪葉片的制造技術上也取得了很大的進步。美國普惠公司在70年代末至80年代初建成了由計算機控制的定向凝固精鑄葉片自動生產線。該方法在F100發動機渦輪葉片定向凝固精鑄工藝中得到了應用。
渦輪材料近期發展方向是:取向* *晶合金、超級單晶合金、機械合金化高溫合金,未來是人造纖維增強高溫合金、取向再結晶氧化物彌散強化合金以及金屬間化合物及復合材料、碳碳復合材料、陶瓷、陶瓷基復合材料等耐高溫新材料。未來的發動機會大量使用非金屬材料。21世紀航空發動機渦輪進口溫度要求為2000°C,然後葉片將采用新型高溫結構材料。以Si3N4為代表的高溫結構陶瓷是最有前途的材料之壹。希望能幫到妳。