? 钛合金在燃气涡ξ 轮发动机上的应用-宝鸡晟源⊙金属材料有限公司

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                正文详情

                钛合金在燃气涡轮≡发动机上的应用

                燃气涡轮发动机起源于1930年,最早【是作为航空发动机来研究的,目前在舰船上也广泛使用。该发动机体积小∮,重量轻,输︼出功率大,不受燃料种类的影响》,且排气干净、震动小。
                  日本川崎重№工于1974年开始开▃发200kW级的备用发电机燃气轮机,1994年以轴流压缩机为结构的世界顶级的6 000kW级常备发』电机用燃气轮机投入市场。这些燃气轮机都使用了钛材。

                  川崎重工生产的1 500kW级M1A—13燃气轮机,有两级使用了钛合金叶∏轮,额定转速22 000r/min。一级涡轮盘用Ti-6Al—4V锻件(最大直径450mm),二级涡轮◎盘用高温钛合金Ti—6AI-2Sn—4Zr-2Mo锻件。6000kW级的M7A-01燃气轮机的转速14 000r/min。其轴流压缩机前半段〓低温部分的动叶片采用了比强度高、耐蚀▲性好的Ti-6Al-4V锻件。
                  航空用燃气轮机要求尽可能轻,故开↑发了早期使用的Al合金和Mg合金。钛合金批量生产最早的是50年代普拉特惠特尼公司的J—57喷气发动机的压缩机动叶片及涡轮盘。目前,钛合金制的精密铸件也被使用,钛合金的重量在最新式的燃气轮机中已达到36%。适用部位有发动◆机前部的大型风扇动叶片、压缩机的动、静叶片、压气机盘、容纳旋转部件的外壳等。V2500涡轮风扇发动机⌒的钛合金低压压气机盘(最大直径900mm),使用了Ti—6Al-4V三次真空熔炼材。
                  该盘√外圆镶入的压气机动叶片也使用了Ti—6A1-4V。为追求轻量化,还★用钛合金制成了大型中空风扇动叶片,并已实用。V2500采用了Ti-6Al—4V风扇外壳,外壳用钛材为直径1700mm、高820mm的圆桶形。高温钛合金的开发扩大∞了零件的适用范围,典型的高温钛合金有Ti—6242Si、IMl829、IMl834及Ti-1100等,这使得燃气轮机压气机的大部分都使用了钛材。
                  钛合金应用于燃气轮机,其材料的缺陷必须予以重视。1989年一架DC—10飞机第二发动机↘的Ti-6A1-4V风扇盘破断;1994年一架A300飞机起飞〒时第一发动机的Ti—6A1-4V-2Sn-4Zr-2Mo高压压气机盘破断。两起事故都是◣叫做硬质α相的LDI(低密度氮化物夹杂)引起的ω疲劳龟裂发展所致。基于这种教训,便谋求高质量的航空用钛合金↘的熔炼技术的改进和无损检测技术的改进。
                  采用传统的三次真空电弧熔炼(VAR)之外,再进行一次用电子束冷床炉或等离子冷床炉熔炼来去除LDI,这种熔炼技术巳被规定为熔炼方法的技术要求(美国々航宇材料标准AMS4280)。
                  今后燃气轮机用钛材要求高强高温化。γ-TiAl金属间化合物█是一种耐氧化、刚度和比强度都优秀的轻质耐热材料。在实用化方面主要是针对铸件的研究,已有计划从1997年起将航空燃气轮机高温部件的Ni基超合金非重要零件用γ-TiAl来代替。同时〓燃气轮机动叶片的评价试验也在进行中。T-TiAl若实用化,则不仅压气机全部,而且涡轮机部分也要使用钛材。
                钛基复合材料(TMC)中,SiC长纤维强化①的TMC的比强度和比刚度都非常优秀,现在正面向实用化进行各种零件※的评价。这些TMC实用方面的最大问题是制造成本和无损检测技术。

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