涡轮发动机叶片材料的发展及加工工艺摘要：涡轮叶片是发动机的关健部件之一，它所能承受的温度决定了发动机的性能和使用寿命。因此首先涡轮叶片的关健就是耐高温和加工工艺的改进。除了要满足在较高的温度范围内能稳定工作还要考虑到材料本身能承受的负载，除了要达到一定的强度外，由于使用在飞机上还希望这种材料要尽量轻一些。除此之外就是生产的成本和材料本身的使用寿命。涡轮发动机叶片恶劣的工作环境致使它需要有良好的耐高温性能，同时还要在蠕变强度、热疲劳强度、抗氧化性能和抗腐蚀性能上有所要求。关键字：涡轮发动机涡轮叶片单晶高温合金定向凝固熔模铸造真空熔炼（一）航空发动机的发展航空发动机的发展经历了几个阶段。早期，活塞式发动机占了40年左右。1903年，莱特兄弟把一台4缸、水平直列式水冷发动机改装之后，成功地用到他们的"飞行者一号"飞机上进行飞行试验。首次飞行的留空时间只有12s,飞行距离为36.6m。但它是人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定、可操作的重于空气飞行器的成功飞行。在两次世界大战的推动下，活塞式发动机不断改进完善，得到迅速发展。发动机功率从近10kW提高到2500kW左右，行高度达15000m，飞行速度从16km/h提高到近800km/h，接近了螺旋桨飞机的速度极限。20世纪30~40年代是活塞式发动机的全盛时期。著名的活塞式发动机有：英国的梅林V型12缸液冷式发动机，功率1120kW，用于“飓风”、“喷火”和“野马”战斗机；美国普惠公司的“黄蜂”系列星形气冷发动机。早期的涡轮喷气发动机和飞机尚处于试验阶段，在第二次世界大战中并没有发挥多大的作用，到战后特别是20世纪50年代才获得迅速的发展。涡轮前燃气温度950~1100℃，推重比4.5~5.5，不加力耗油率0.9~1.0kg/(daN·h)，加力耗油率2.0kg/(daN·h)左右。涡喷发动机有一个致命的缺点，就是耗油率太高，涡扇发动机既能克服这个缺点又保有它原有的优点。涡扇发动机诞生于20世纪50年代，首先用于民用飞机，随后扩展到军用飞机。20世纪60年代出现涡扇化热潮，70~80年代发展提高、广泛应用，90年代以后高度发展，取代涡喷发动机成为军民用飞机的主动力和航空推进技术研究发展的主要方向。世界上第一台运转的涡轮风扇发动机是德国戴姆勒-奔驰研制的DB670。而目前，普·惠公司正在研制新一代涡扇发动机PW8000，这种齿轮传动涡扇发动机，推力为11000~16000daN，涵道比11，耗油率下降9%。在涡轮喷气发动机蓬勃发展的过程中，驱动飞机螺旋桨和直升机旋翼的动力也实现了涡轮化，派生出两种新型航空燃气涡轮发动机——涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。它们的工作原理基本相同，都是靠动力涡轮把燃气发生器出口燃气中的绝大部分可用能量转变为轴功率，通过减速器驱动螺旋桨或旋翼。它们与活塞式发动机相比，重量轻、振动小、功率重力比大。（二）涡轮喷气式发动机的构成及材料涡轮发动机是内燃机的一种，利用旋转的机件穿过流体从而获取动能。常用在航空航天和一些船舶的发动机。随着材料加工工艺的发展和科技的进步，涡轮发动机有了涡轮喷气式发动机和涡轮风扇式发动机两种。涡轮喷气发动机是利用流道内喷出的高速燃气的推动作用，有离心式和轴流式两种。其中，轴流式因为横截面积小，压缩比高的优点，成为主要的涡喷发动机。虽然涡喷式发动机具有很多优点，比如，因为只需要燃气推动，所以在设计上比较简便，并且由于气体所以推动快。但是由于涡喷的工作原理是需要高速的燃气进行推动，所以和热机有共同点，需要考虑效率问题。此外，工作是还和温度和压力有着密切的联系。现代涡轮喷气发动机的结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，需要有进气、加压、燃烧和排气四个阶段。所以在工艺设计是需要考虑出气口出材料的耐高温性能，并且整个发动机的材料需要耐高温，尤其是在燃烧室，此时气流从燃烧室出来的温度越高，推动力也就越大。目前的涡轮材料只能达到1650K左右的温度。此外，由于飞机起飞的时间很短，所以还要要求燃气的高速推动。因此，涡喷的耗能非常大，这也是它的一个主要缺点。涡喷的燃烧室使用的材料目前多采用粉末冶金进行整体铸造。这样加工的优点在于省去了接头的材料...
