涡轮叶片蠕变损伤行为及固溶处理对叶片材料性能的影响.pdf

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1、航空学报ActaAeronaut／caelAstronaut／caSin／ca0ct．252014Vol35No102784．2793ISSN1000—6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaaeducahkxb@buaaedu．cn涡轮叶片蠕变损伤行为及固溶处理对叶片材料性能的影响王，J、蒙，王天佑，赵子华，张峥*北京航空航天大学材料科学与Z-程学院，北京100191摘要：涡轮叶片是航空发动机及地面燃气轮机的重要热端部件，研究其损伤行为对涡轮叶片的制造及修复工作均有重要的意义。本文研究了长时与短时服役涡轮叶片的蠕变损伤行为，发现二者在蠕变空洞的形成机理上大致相

2、同，而y7相与碳化物的退化反应则有所差异，长时服役涡轮叶片的77相形貌更加粗大且不规则。对于碳化物，长时服役叶片的碳化物发生了由一次MC型向二次MzsCs型的分解，而短时服役叶片的碳化物发生了由MC⋯型向MC。：，型的转化。此外，针对两种不同的叶片材料(K002和GTD一111高温合金)，研究了不同的固溶处理制度对7’相溶解行为的影响，发现提高固溶温度和增加固溶保温时间可以促进两种材料77相的溶解行为；而随着固溶时间的增加，两种材料的溶解激活能均逐渐增大，K002合金在不同固溶保温时间中的溶解激活能均大于GTD11l合金。关键词：服役；7，相粗化；碳化物分解；固溶处理；溶解激活能中

3、图分类号：V252．2；TGll3．12文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)102784—10航空及地面燃气轮机是在高温、高压、高转速及燃气腐蚀等恶劣条件下长期工作的热动力机械，是由多个零部件和附件组成的复杂系统。涡轮叶片是航空及地面燃气轮机的关键转动部件，其寿命及可靠性直接影响飞行器及大型机械的安全。由于叶片的服役环境十分恶劣，因此通常由具有良好的抗高温蠕变性能、抗氧化腐蚀性能和抗疲劳性能的高温合金制成[1]。由于高温、高转速和复杂应力的联合作用，涡轮叶片往往会产生不可避免的损伤，如蠕变损伤、疲劳损伤、腐蚀损伤等，导致叶片材料力学性能的下降。当服役损伤累积到某临

4、界值或叶片达到设计寿命时就需要更换新的叶片来确保燃气轮机的安全运行。然而，叶片的更换往往带来高额的制造成本，因此，涡轮叶片的延寿技术成为具有现实意义和经济意义的研究热点之一。目前，许多学者瞳。121针对叶片材料的蠕变损伤行为开展了一系列的修复工作，指出采用合适的延寿技术可以使损伤叶片恢复到新叶片的状态，从而更有效地延长涡轮叶片的使用寿命。主要的延寿技术包括简单热处理、恢复热处理及热等静压(HotIsostaticPressing，HIP)复合恢复热处理技术等方法。恢复热处理进行叶片组织修复比较简单，通常包含固溶处理和时效处理两个阶段，其中固溶处理的目的是溶解在服役过程中退化的第二相

5、组织(如粗化的7’相、退化的二次碳化物及77膜等)到基体中，从而在时效阶段，重新析出的细小7’相可以不断长大成规则的形貌，大大提高材料的力学性能。本文分别针对航空发动机涡轮叶片材料收稿日期：2014—04—18；退修日期：2014-06—09；录用日期：2014—07．07；网络出版时间：2014—07．1921：00网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／10．7527／$1000．68932014．0141html基金项目：中航工业产学研创新基金(cxy2010BH06)*通讯作者Tel：010—82339485E-mail：zhangzh@buaaedu

6、cn飘用格武：WangXM，WangTY．ZhaoZH．eta1．Creepdamagebehaviorforservicedturbinebladesandeffectsofsolutioning017bladematerialsEJJ．ActaAeronautzcaetAstronaut／caSin／ca，2014，35(10)：2784-2793．壬小蒙．I天佑．赵子华，笨潺轮叶片蟠变损伤行为及固溶缝理对叶片材料性能的影响■]．航空学报，2014．35(10)：2784—2793王小蒙等：涡轮叶片蠕变损伤行为及固溶处理对叶片材料性能的影响K002和地面燃气轮机涡轮叶片材料GT

7、D-111高温合金，系统研究了不同服役时间对两种叶片蠕变损伤行为的影响，同时，采用了不同的固溶处理制度对两种材料丫’相的溶解行为进行了研究。1试验方法选取两种不同服役时间的涡轮叶片进行蠕变损伤行为的研究。其中，服役约600h的航空发动机涡轮叶片材料为K002高温合金，服役约10000h的燃气轮机涡轮叶片材料为GTD-111高温合金，两种合金的化学成分如表1和表2所示。采用不同的热处理制度对两种叶片材料的固溶行为进行研究，具体制度如表3所示，表中wQ表示水淬。表1K00