刀父 | 看过之后你才知道——航空发动机涡轮叶片制造难度有多大

   国产大飞机C919试飞成功，意味着中国在这领域又有新突破，在航空科技方面再进一步提升。其实航空工艺技术有多难你看这就知道。相对于航空发动机来说，涡轮叶片是一个非常重要的结构，它的设计和制造的质量将会直接对整个飞行器的运行造成影响起着至关重要的作用。

轮涡轮叶片在发动机中的重要性以及性能的设计: 在燃气轮机中，涡轮叶片是其中非常重要的一个零部件。涡轮叶片的工作环境是比较恶劣的，不仅叶片具有很高的工作温度，在温度最高的时候，燃气温度甚至可能会达到1400℃，甚至更高，所以这就给叶片的高温耐性提出了很高的要求，要求其即便在高温的条件下，也有足够的韧性和抗疲劳的性能；在另一方面来看，叶片的受热是不均匀的，所以一定会存在较为明显的热应力，在发动机启动和停机的时候燃气的温度都会发生变化，这个过程中也会受到较大的热冲击，所以需要叶片具有足够的耐冲击性，保证结构内部不会产生过大的热应力，进而保证刚度和强度，这对其工艺具有非常高的要求。目前涡轮发动机正在不断向大推力发展，效率也会不断提高，这也给涡轮叶片的制造提出了更高的要求。为了适应这个现状，需要我们不断改进叶片的结构和叶片的材质，这样才能提高叶片合金的价值，让其耐温效果更好地发挥出来。

涡轮叶片合金制造工艺简介：正常来说，高温合金在耐高温特性上是具有明显的优势的，但是材料中的温蠕变特性则存在着明显的缺陷。如果使用了定向凝固，那么就直接可以决定晶粒的排列方式，让其实现定向排列。主应力方向大多存在于垂直方向，在这个方向没有晶界存在，这也会直接降低热应力，让材料在温度不均匀情况下具有更好的应力，这也能大大提高材料的使用寿命。

为了获得定向晶粒结构，合金凝固时液固界面应垂直于凝固方向，使热量从凝固铸件中导出，这个过程是在真空定向沪中完成的，即将熔化金属浇入底部直接与水激冷板接触的型腔中，模壳置于感应加热炉中，以保证纵向的温度梯度。在激冷板上形成激冷等轴晶，由干液固界面前沿温度梯度作用和枝晶择优生长的结果，形成沿片晶向定向排列的树枝晶，控制模壳从加热炉中抽出，则树枝晶将长满整个型腔，形成完整的定向叶片。实现以上过程，定向炉是关键设备。大量研究工作表明，叶片合金定向凝固时，提高液固界面前沿液相中的温度梯度可以改善凝固组织，大幅度地提高定向叶片的性能，因此发展高温度梯度定向炉是目前定向和单晶技术发展的一个重要方面。定向炉具有自动化程度高、性能可靠等特点。叶片制造工艺从等轴晶到定向柱晶和定向单晶，不仅在晶粒结构控制上取得了很大进展，铸造性能也有了较大提高，已经能够生产薄壁和具有复杂冷却结构的涡轮叶片。对单晶叶片晶体取向的控制，将进一步发挥单晶的性能特点。这也就是为什么制造涡轮叶片的最大难度了吧。

国产打飞机C919