高温合金涡轮盘热加工工艺研究
亨特镍合金公司起步于90年代,成立于2001年,注册资金1680万,专业生产各种镍基合金,哈氏合金,高温合金材料,合金材料价格咨询➕微信13961767712 胡贞飞先生】,胡贞飞辛苦原创,仅供学习参考,禁止复制。
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涡轮盘是航空发动机和燃气轮机中连接涡轮叶片和涡轮轴,带动压气机高速旋转的重要部件。在发动机运转中,涡轮盘受力情况复杂,容易出现故障,对于航空发动机甚至可能造成机毁人亡。因此,有些国家把涡轮盘列为航空发动机中唯一由政府控8制的零件,由政府发给证明规定使用寿命。
正是由于涡轮盘是航空发动机和燃气轮机的关键零件,因此对涡轮盘材料的要求十分严格,综合性能必需良好,特别是低周疲劳性能和抗裂纹扩展性能必需优异,这就为涡轮盘的生产,尤其是涡轮盘的热加工提出了愈来愈高要求。因此,涡轮盘的热加工就不仅仅只是为了满足成形的要求,而且必须同时为保证优异的综合性能提供合适的组织结构。本章将以航空发动机用涡轮盘合金GH2135和燃气轮机用涡轮盘合金GH4698和GH4742为例,重点介绍涡轮盘的热加工工艺。
27.1 航空发动机涡轮盘的热加工
航空发动机用涡轮盘的工作环境,包括工作应力和温度,较工业用燃气轮机要苛刻,即受力大,温度高。同时,涡轮盘尺寸一般较小,可以用较小吨位的热加工设备进行生产。但使用寿命远没有燃气轮机长。GH2135合金用作涡喷六发动机原型和改型涡轮盘,共生产了1000多台,其中原型机788台,改型机287台。涡轮盘的生产工艺路线包括合金锭的冶炼浇铸、开坯、镦饼和模锻。下面介绍GH2135合金的热加工:
27.1.1 合金的开坯
GH2135合金在我国许多特殊钢厂先后进行了多批量生产,由于各厂设备能力和技术装备条件的不同,所采取的生产工艺路线也不相同。合金锭生产主要是电弧炉加电渣或自耗重熔,锭的截面尺寸有360毫米、406毫米和425毫米方、550毫米方四种,重量在800~2500公斤左右。360毫米圆锭在3吨锤或1250吨水压机上开坯,406毫米圆锭或425毫米方锭在5吨锤或1250吨水压机上开坯,550毫米方锭则需3000吨水压机。加热可在重油或煤气灶式炉中进行。
1.锻锤开坯
根椐工厂的实际,锻锤开坯比较合适的加热制度和锻造温度如表27-1。
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27.1.2 镦饼
在已生产的几种发动机GH2135合金涡轮盘中,有的在3吨及5吨锤上镦饼。有的在3000吨水压机上进行。在锤上镦饼加热温度以1120°C±10°C为宜。较好的工艺路线是:先稍许镦平端面(为原高的1/5)后,倒棱滚圆,再进行镦饼,一般用两火完成。采用先镦粗到1/2后再拔长、倒棱、滚圆再镦饼的工艺不但废品率较高,而且生产率也低。然而,考虑到为保证树枝晶偏析的消除,后一种工艺可能更为有效。
水压机上镦饼加热温度第一火为1120°C±10°C,后几火可提高到1140°C。
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27.1.4 涡轮盘的精化模锻
在制造发动机时,材料的利用率是很低的,而锻件利用率就更低。1968年,上重、上钢五厂、航空材料研究院和中国科学院金属研究所共同提出了精化模锻工艺,并用GH2135合金进行了试验研究。使某发动机一、二级涡轮盘锻件的材料消耗由原来的250公斤,下降到150公斤左右。这样不但节约了金属材料,也减少了切削加工量,精化前后模锻件材料利用率如表27-2。
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