高压涡轮叶片定向凝固技术.pdf

RENE150定向凝固高温合金涡轮叶片 摘要： 政府和工业界 4 年合作项目，属于 MATE 先进涡轮发动机材料 项目，经改善铸造和加工方法的镍基高温合金 RENE150 定向凝固转 子零件已经实施用于发动机测试。该部件制造用于 CF6-50 高压一级 涡轮转子叶片，本项目的目标是： （1）表明在推力可调、先进的商用 CF6-50 发动机 （提升燃油效率 1.45%sfc）上提高运行温度的能力； （2） 改善叶片铸造工艺，该工艺允许叶片在保证质量的前提下不超过原 RENE80 叶片制造成本的 1.5 倍。 本项目分成八个任务： TASK1 ：包括涡轮叶片的设计和分析 ; TASK2 ：包括合金制备和评估、机匣 / 核心机选择、初步铸造参 数设计 ; TASK3 ：包括 RENE150 涡轮叶片外部涂层系统的适配和选择 ; TASK4 ：确定 RENE150 涡轮叶片铸造工艺，包括试制铸造过程 和项目铸造成本分析。 TASK5 ：包括涡轮叶片成品制造，该叶片用于部件试验； TASK6 ：包括用于发动机试车的成品叶片制造； TASK7 ：包括地面发动机 RENE150 涡轮叶片成品测试； TASK8 ：地面发动机测试结果分析。 第二册文件是 TASK5 核心机试车结果和最后两个任务的结论。 RENE150 高压涡轮叶片已成功完成投产型 DS 铸造，有涂层和没 有涂层两种叶片机械和物理性能符合设计要求， 叶片已完成加速持久 试车，结论在第二册中分别给出。 1 概述 本项目的任务是扩大先进的 DS 涡轮叶片合金 Rene150在 CF6-50 发动机 HPT 一级涡轮叶片的应用范围。本次扩展应用将许可 RENE150 提升运行温度 （超过RENE80）以期实现商用发动机 CF6-50 提升 1.45%燃油效率。本项目将通过改进铸造工艺，使得该叶片制造 成本能够在不超过 Rene80叶片 1.5 倍的前提下，完成批量生产。 项目开始阶段使用的是 1977 年 9 月的 RENE150 性能数据 （见表 1），初步设计分析确定 RENE150 材料应用于 CF6-50 叶片上时抗温 度、载荷和应力的性能。该分析表明 RENE150 可应用于 CF6-50 一 级高压涡轮叶片设计。通过研究空气冷却模式，确定其对叶片温度、 应力和寿命的影响， 并改进叶片冷却结构 （对完成发动机试车验证是 必须的）。相对 RENE80 叶片，RENE150 涡轮叶片冷却性能改进后实 现提升平均使用温度 56℃（100℉）。去除一排进气边冷却孔，如图 1 所示，在叶片底部使用一个节流板控制进入叶片空气量。 与初始设计活动并行开展 RENE150 合金的采购和验证工作以满 足整个项目需求。共采购 1.6 吨定型 RENE150 合金。该铸件已完成 基于 GE 标准的测试验证，包括化学分析，可铸性、拉伸和应力断裂 测试。 四个陶瓷芯材料和四个面层 / 陶瓷涂层组合被评估后用于叶片铸 造过程。基于 Rene150合金溶液可铸性和稳定性选用 SR-731 芯体。 基于表面粗