而铝铸件的拉伸塑性及疲劳寿命的改正达到钛铸

从上世纪60年代以后,热等静压广泛用于燃气涡轮发动机的精铸件的性能改进上,但主要用于钛合金及高温合金铸件,而在飞机铝铸件上应用未能认可,其原因可能有铝铸件成本较低、铝合金铸件的冶金复杂、性能改进程度不如钛及镍基合金大等。一种具有专利权的、低成本的铝铸件热等静压工艺已取得成功,特别是对铝硅铸件有效。该工艺叫做Densel,是在标准的热等静压设备中进行的,用的气体量少、周期短、成本比全热等静压的低25%。而铝铸件的拉伸塑性及疲劳寿命的改进达到钛铸件热等静压的水平。A356铝合金砂型铸件试验表明,枝晶间距20~70毫米,经热等静压后,在100MPa、应力比0.1或0.2、频率55赫兹的疲劳寿命提高了10倍。新的热等静压设备上的改进使其成本比标准设备更低,可进一步降低热等静压铸件成本。一个飞机铸件,尺寸大,具有长而薄的连接带浇口系统复杂,厚薄转接处易产生疏松,是用来代替复杂钣金件的。试验表明:热等静压不能改善"好"材料部分的拉伸塑性,但能改善"差"材料部分的塑性达60%。但两者的疲劳寿命都得到大的改进,"好"材部分改进了3倍,"差"材部分改进了7倍。在铸造+T6状态下,"差"材部分的疲劳寿命比"好"材部分的改进大2.3 倍。以上试验说明,热等静压对强度及拉伸性能的影响还取决于铸件本身的质量问题。表明疏松、合金化学成分、晶粒尺寸、枝晶间距以及氧化物夹杂的存在影响热等静压前后的性能。

现代航空发动机的温度高达2000℃,需要10多万个直径小于1毫米的冷却孔,分布在叶片、燃烧室环形件以及加力燃烧室上。近年广泛采用固态Nd:YAG激光器打孔,在激光打孔中,冲击打孔的速度快,比深孔打孔快几倍,但质量不如后者,因此打孔参数控制是一关键问题,其中光纤的应用具有重要作用,但进展较慢。以前试验表明能够运载打孔用高功率激光的光纤为600毫米的芯纤,其光束差,孔的质量不好。GSL Lumonics有限公司的试验发现,降低激光器的功率并加上仔细控制激光脉冲及钻孔参数可得到优质的孔。所用的激光器为JK700系Nd:YAG脉冲激光器,其光纤传输系统为400毫米的纤维,其中选用了峰值功率10kW的JK745TR激光器,10kW的功率有利于"脉冲成形"以提高打孔效率及降低成本。试验表明脉冲参数采用7~12J的低脉冲能量,离表面1~2 毫米的高焦位,可得到质量最佳的孔。结论是,优质孔可以采用峰值功率10千瓦以及400毫米的光纤获得,可制出各种孔型,包括正梯度孔形的孔,文氏管形的孔以及负孔型的孔。

在研制未来发动机的新风扇叶片计划中,斯奈克玛公司的目标是减重、抗振动、降低生产成本。在法国民航计划局的资助下,斯奈克玛的目标是应用于波音7E7之类的发动机上,其风扇直径将在100~110英寸(2.54~2.79米)。公司的技术经理说:"除CFM56-7外,CFM56的风扇叶片为钛模锻件并带有凸台",采用宽弦风扇钛叶片时,如CFM56-7,不带凸台,可改善叶片的强度,增加发动机流量及性能。因此虽然风扇直径一样而效益增加。此后大直径发动机的风扇叶片由于重量原因不能采用实心设计,这就是为什么T56计划发展了空心的超塑成形/扩散连接叶片,虽然这一技术仍处在验证阶段,但必要时即可投入使用。与此同时,在1992~1994年斯奈克玛倾向采用复合材料技术,途径之一是探索用传统铺层技术制造大型叶片,这是为装备波音777的GE90高流量比发动机生产的,其中GE90及GE90-115B(410KN和512KN)两型风扇叶片具有同一尺寸。铺层是在模内进行,并进行中间,在聚合及胶接前,对叶型进行最后缝纫,聚合及胶接在热压罐内进行。另外,斯奈克玛公司还从事另一代替方案,仍用碳纤维,以便得到内部性能更高、内部不连续性更少的材料。这就是公司想应用3维的纤维织物结构。它是在致密化的风扇叶片纤维预型件上注射韧性环氧树脂而成,此工序在真空下在模具内进行,即RTM。2004年2月,公司透露:RTM风扇叶片已试验成功。斯奈克玛公司的RTM风扇叶片是在巴黎地区的Villaroche处进行的。此前,公司用矩形整体RTM壁板进行可行性试验。材料由高强度、中模量碳纤维与环氧树脂组成。该树脂来源广泛。在验证材料符合设计规范要求后,公司进入叶片样件制造,斯奈克玛准备在美国得州的GE工厂利用现有的GE90风扇叶片的模具生产20块风扇叶片。验证试验按规定包括2.5千克的鸟吞试验无明显损伤并随后用4千克的飞鸟试验的损伤应不过大或有重大质量损失。两项试验均达到目标。斯奈克玛准备用RTM来减轻大发动机风扇的重量,增进叶片抗6~8千克鸟吞的能力,与此同时通过降低废品来降低生产成本。他强调,此项技术能够使复合材料用在旋转速度比现有的复合材料更高的叶片上。

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