粉末冶金技术在航空发动机中的应用

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1、第34卷第1期航空材料学报Vol.34，No.12014年2月JOUＲNALOFAEＲONAUTICALMATEＲIALSFebruary2014粉末冶金技术在航空发动机中的应用121曲选辉，张国庆，章林(1．北京科技大学新金属材料国家重点实验室，材料科学与工程学院，北京100083;2．北京航空材料研究院先进高温结构材料国家重点实验室，北京100095)摘要:概述了粉末冶金技术的优势，简要介绍了镍基高温合金、钛基合金、难熔金属、超高温合金、氧化物弥散强化合金和喷涂合金粉末等几种典型的航空发动机用粉末冶金材料。重点阐述了镍基高温合金粉末钛基合金粉末和喷涂合

2、金粉末的制备关键和研究热点，分析了热等静压、喷射成形、注射成形和快速成形工艺的特点和发展状况。最后指出了粉末冶金技术在航空发动机中的应用潜力和研究方向。关键词:粉末冶金;航空发动机;高温合金;成形技术doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2014.1.001中图分类号:TL61．3文献标识码:A文章编号:1005-5053(2014)01-0001-10粉末冶金技术是一种高性能材料制造技术，在航结构材料，主要用于制造涡轮盘、压气机盘、鼓筒轴、空发动机中发挥着越来越重要的作用。它不仅能够封严盘、封严环、导风轮以及涡轮盘高压挡板等高温制备出

3、无宏观偏析、组织均匀、晶粒细小、各向同性、承力转动部件。随着镍基高温合金成分日趋复杂、热加工性能良好的合金和复合材料，大幅度提高了粉零件尺寸不断增大，P/M镍基合金显示出更大的优［4］末冶金材料的屈服强度和疲劳性能，而且能够实现零越性。表1为几种典型涡轮盘合金的化学成分。［1］部件的近终成形。粉末冶金技术已成为航空发动合金元素大致分为四类:基体强化元素(Co，Fe，Cr，机关键热端部件和其他多种新材料的优选制备技Mo，W，V，Ti，Al)、γ'相形成元素(Al，Ti，Nb，Ta)、碳［2，3］术。航空发动机是飞机的心脏，它直接关系到飞化物形成元素(Cr，M

4、o，W，V，Nb，Ta，Ti，Hf)和晶界机的各项性能指标和安全性。随着航空发动机向大强化元素(Zr，B)。γ'相(见图1)是镍基合金的重要型化、高推重比和高效率的方向发展，涡轮前燃气温强化相，优化γ'相的含量、粒径和形貌是提高镍基度不断提高，零部件的负荷不断增大，工作状况越趋合金高温力学性能的有效途径。恶劣，这对航空发动机关键零部件的性能要求越来越图2所示为几种典型涡轮盘合金的蠕变性［5］苛刻。同时，涡轮盘和涡轮叶片等核心零部件能够承能。与铸锻镍基高温合金(Wasploy、Inconel718、受的燃烧温度和压缩比的提高有助于提高航空发动Astroloy

5、和Udimet720)相比，P/M镍基高温合金具机的燃油经济性，减少排放和延长使用寿命。可见，有更高的使用温度。IN100、Udimet720和Ｒené95高性能航空发动机的发展和粉末冶金技术的进步相是第一代粉末高温合金，其中IN100合金是1972年辅相成。本文将重点介绍航空发动机中的各种粉末由美国率先研制成功。第一代高强型粉末高温合金冶金材料，以及粉末制备、成形和致密化关键技术。的代表是Ｒené95合金，是目前650℃下使用的盘件合金强度最高的一种，其特点是γ'相含量高(一般1航空发动机用粉末冶金材料＞45体积分数%)，晶粒高度细化，强度高、抗裂纹扩展

6、能力低和持久能力差。美国研制的Ｒené88和1．1P/M镍基高温合金法国研制的N18合金是第二代损伤容限型合金，其镍基高温合金是航空发动机中用量最多的高温特点是晶粒粗大，抗拉强度较第一代低，但具有较高的蠕变强度、裂纹扩展抗力以及损伤容限性能，最高收稿日期:2013-06-20;修订日期:2013-11-21使用温度提高到700～750℃。Alloy10，NＲ3，ME3基金项目:国家863计划资助项目(2012AA03A514);国家自和LSHＲ是第三代高强损伤容限型粉末高温合金，然科学基金面上项目(51374027)γ'相的含量为45%～55%(体积分数)

7、，可采用过固作者简介:曲选辉(1960—)，男，教授，主要从事先进粉末冶金材料与技术的研究，(E-mail)quxh@ustb．edu．cn。溶线温度热处理获得适当粗大晶粒组织，或者通过2航空材料学报第34卷表1几种典型涡轮盘合金的化学成分(质量分数%)Table1Chemicalcompositionsofsometypicalturbinediscalloys(massfraction/%)AlloyNiFeCoCrMoWTaAlTiNbZrHfCBIn718Bal190．4183——0．515——0．030．003WaspaloyBal—13．519

8、．64．3——1．372．95—0．06—0．190．0063AP