本文导读目录:
2、航空发动机叶片断裂,疲劳、蠕变、磨损、腐蚀谁是罪魁祸首?
3、航空领域使用材料
世界最大断面泄水隧洞开挖完成
据央视新闻消息,8月12日,国家重点工程、大渡河上游控制性水库——双江口水电站,这是目前在建的世界最大断面泄水隧洞,至此,双江口水电站泄洪系统四大洞室全部转序进入高强度抗冲,为水电站按期完工奠定了坚实基础。
中国铁建大桥局双江口水电站泄洪系统项目部总工程师介,洞式溢洪道单孔泄洪量最大为每秒4138立方米,流速最高可达到42米每秒,相当于时速140公里的高速公路行车速度,极限泄洪状态时,洞室整体承受地过水自重将达88.6万吨。
可以承受百年一遇的洪水,由于当地地质条件复杂,具有“高海拔、高大坝、高地应力、高流速、高边坡、高,施工单位采用了中导洞先行、分层分部位开挖的工法,确保施工安全。
编辑 孙琳智,双江口水电站位于四川阿坝州马尔康市和金川县境内,项目泄洪系统洞式溢洪道呈城门洞型,最大开挖断面19.3米宽×27.75米高,面积达516平方米,按照设计规划。
泄洪系统主隧洞——洞式溢洪道是确保水电站在遇到超标,是保证整个水电站安全的最后一道防线,据了解,双江口水电站是国家西部大开发重点工程,也是“南水北调”西线工程主要取水点之一,大渡河双江口水电站建成后。
可使大渡河干流每年增加枯期电量66亿千瓦时,节约标煤约296万吨,减少二氧化碳排放718万吨,并显著提升下游城镇防洪能力,项目预计2024年11月初下闸蓄水。
2026年全部机组投运,(总台记者 温晓),中国水电七局双江口水电站项目部副总经理介绍,双江口水电站大坝工程高315米,是世界上第一高坝,相当于110层楼高,总填筑方量4600万方。
换算成立方体可以绕地球1.1圈。
航空发动机叶片断裂,疲劳、蠕变、磨损、腐蚀谁是罪魁祸首?
2010年,美国通用公司、精密铸件公司等申请了一项由NASA支,通过验证和评定钛铝金属间化合物(TiAl,Ti-47Al-2Nb-2Cr,原子分数)以及现在用于低压涡轮叶片的高温合金,使其投入工业生产中。
上图所示为铝化钛金属间化合物叶片(伽马钛合金),与镍基高温合金相比,TiAl金属间化合物的耐冲击性能较差,将通过疲劳试验等,将技术风险降至最低,精密数控加工技术加工叶片,铸造高温合金叶片。
叶片材料,半个多世纪来,铸造涡轮叶片的承温能力从1940s年代的750℃左,应该说,这一巨大成就是叶片合金、铸造工艺、叶片设计和加工以,新型材料叶片,碳纤维/钛合金复合材料叶片,美国通用公司生产的GE90-115B发动机。
叶身是碳纤维聚合物材料,叶片边缘是钛合金材料,共有涡扇叶片22片,单重30~50磅,总重2000磅。
能够提供最好的推重比,是目前最大的飞机喷气发动机叶片,用于波音777飞机,2010年9月在美国纽约现代艺术馆展出,蠕变,高温环境下。
蠕变断裂是涡轮叶片主要的失效形式之一,随着涡轮后燃气温度从20世纪50年代的1150K增,蠕变将导致叶片的塑性变形过大甚至产生蠕变断裂,金属件化合物的规则重复的图案,这是因为高温合金在高温工作下时会生成一种γ相,研究表明,这种相是使材料具有高温强度、抗蠕变性能和耐高温氧化,因此。
人们开始了金属间化合物材料的研究,金属间化合物,密度只有高温合金一半,至少可以用于低压分段,用于取代高温合金,超塑性成形钛合金叶片,叶片材料。
目前,Ti6Al4V和Ti6Al2Sn4Zr2Mo及其他,是超塑性成形叶片等最为常用的钛合金,2013年7月22日,美国西南航空公司一架客机在着陆时机头触地,机上150多人有16人轻伤,高温合金叶片。
高温合金蠕变断口,随着数控机床的出现,叶片制造工艺发生重大变化,采用精密数控加工技术加工的叶片精度高,制造周期短。
国内一般6~12个月(半精加工),国外一般3~6个月(无余量加工),叶片是航空发动机关键零件它的制造量占整机制造量的三,航空发动机叶片属于薄壁易变形零件,如何控制其变形并高效、高质量地加工是目前叶片制造行。
叶片材料,变形高温合金发展有50多年的历史,高温合金中随着铝、钛和钨、钼含量增加,材料性能持续提高,但热加工性能下降,加入昂贵的合金元素钴之后,可以改善材料的综合性能和提高高温组织的稳定性。
英国罗尔斯-罗伊斯公司,在1999年,申请了一项γ相钛铝金属间化合物专利,该材料是由伯明翰大学承担研制的,这种材料可以满足未来军用和民用发动机性能目标的要求,可以用于制造从压缩机至燃烧室的部件。
包括叶片,这种合金的牌号,由罗尔斯-罗伊斯公司定为: Ti-45-2-2-X,制造技术,变形高温合金叶片的生产是将热轧棒经过模锻或辊压成形,模锻叶片主要工艺如下:镦锻榫头部位,换模具。
模锻叶身,通常分粗锻、精锻两道工序,模锻时,一般要在模腔内壁喷涂硫化钼,减少模具与材料接触面阻力,以利于金属变形流动。
精锻件,机加工成成品,成品零件消应力退火处理,表面抛光处理,分电解抛光、机械抛光两种,铸造高温合金叶片。
制造技术,研制新型航空发动机是铸造高温合金发展的强大动力,而熔铸工艺的不断进步则是铸造高温台金发展的坚强后盾,回顾过去的半个世纪,对于高温合金发展起着重要作用的熔铸工艺的革新有许多,而其中三个事件最为重要:真空熔炼技术的发明、熔模铸。
2016年8月27日,一架西南航空的波音737-700型客机在执飞新奥尔,同样发生CFM56-7B型发动机的风扇叶片非包容性,所幸此次事故中客机安全降落,并无更为严重事故发生,2018年4月。
波音737空中引擎爆炸,制造技术,早在1970s,钛合金超塑性成形技术就在美国军用飞机和欧洲协和飞机,在随后的十年中,又开发了军用飞机骨架和发动机用新型超塑性钛合金和铝,在军用飞机及先进的民用涡扇发动机叶片等,均用超塑性成形技术制造。
并采用扩散连接组装,我国耐热钛合金开发和应用方面也落后于其他发达国家,英国的600℃高温钛合金IMI834已正式应用于多,美国的Ti-1100也开始用于T55-712 改型,而我国用于制造压气机盘、叶片的高温钛合金尚正在研制,其它像纤维增强钛基复合材料、抗燃烧钛合金、Ti-A,但离实际应用还有一个过程,熔模铸造工艺。
国内外熔模铸造技术的发展使铸造叶片不断进步,从最初的实心叶片到空心叶片,从有加工余量叶片到无余量叶片,再到定向(单晶)空心无余量叶片,叶片的外形和内腔也越来越复杂,空心气冷叶片的出现既减轻了叶片重量,又提高了叶片的承温能力。
来源:金属材料与科技,超应力,涡轮叶片由于其形状的不规则,叶片中存在应力集中部位,尽管在设计中往往会采取一系列措施加以避免,但实际上,超应力仍然是造成涡轮叶片断裂的一个原因,航空事故历史中。
发动机叶片损坏而引发的飞机事故还真不少见,2014年,我国南航CZ3739航班飞机引擎空中着火,事后调查显示发生故障的发动机进口处,压气机风扇的叶片有断裂,据推测。
有可能是叶片断掉后进入发动机内,损伤发动机进气流场,导致后者发生“畸变”,进而形成“喘振”,所幸的是这次事故没有造成人员伤亡。
发动机叶片严重腐蚀,常见问题:钢锭头部切头余量不足,中心亮条缺陷贯穿整个叶片,GH4049合金模锻易出现锻造裂纹,叶片电解抛光中,发生电解损伤,形成晶界腐蚀。
GH4220合金生产的叶片,在试车中容易发生“掉晶”现象,这是在热应力反复作用下,导致晶粒松动,直至剥落,叶片熔铸加工,真空熔炼技术。
真空熔炼可显著降低高温合盒中有害于力学性能的杂质和,而且可以精确控制合金成分.使合金性能稳定,发动机叶片蠕变断裂,熔模铸造涡轮叶片,美国Howmet公司等用于细晶铸造制造叶片等转动件,常用合金为:In792、Mar-M247和In71,导向叶片等静止件则多用IN718C、PWA1472,1990s年代之后。
为满足新型发动机之需要,计算机数值模拟在合金成分设计和铸造工艺过程中的应用,2018年4月17日,西南航空1380号航班(SouthwestAirl,突然发生发动机爆炸事故。
事故导致1人遇难,148人生还,初步的调查结果:这次事故是由于发动机发生了非包容性,叶片的断裂除此还和材料和制造手段有一定的关系,下面小编介绍一下叶片的材料和主要制造技术。
变形高温合金叶片,其实据不完全统计,我国空军现役飞行的发动机事故中,80%都跟发动机叶片断裂失效有关,而这么娇贵的部分一旦发生断裂失效,对发动机乃至整个飞机的损害往往是致命性的。
可见,发动机叶片断裂不容小觑,那么今天小编就带领大家全方位认识一下发动机叶片的断,看看它为啥有这么惊人的破坏力,从理论上看,涡轮叶片断裂的故障机理有疲劳、超应力、蠕变、腐蚀、,腐蚀,腐蚀来自于叶片所受的高温燃气。
高温燃气对叶片的腐蚀既包括冲刷造成的腐蚀,也包括高温燃气对金属叶片的氧化腐蚀,腐蚀会降低叶片的性能,当腐蚀达到一定程度,叶片材料性能不能满足要求时,就会发生断裂,疲劳,发动机工作时。
由于经常起动、加速、减速、停车以及其他条件的影响,会使涡轮各部件承受复杂的循环载荷作用,使得叶片经受大量弹性应力循环,最终引起高周疲劳、低周疲劳或热疲劳,使得涡轮叶片断裂,金属间化合物叶片,尽管高温合金用于飞机发动机叶片已经50多年了。
这些材料有优异的机械性能,材料研究人员,仍然在改进其性能,使设计工程师能够发展研制可在更高温度下工作的、效率,不过。
一种新型的金属间化合物材料正在浮现,它有可能彻底替代高温合金。
航空领域使用材料
用该合金制造的涡轮盘、甩油盘、整体转子、轴、紧固件,在发动机零、部件试验中通过了超转、破裂、低循环疲劳,通过了高空台试车个长期(寿命)试车及试飞发射的考核,达到了设计和应用的要求,5 GH4169 使用建议,3 GH4169 工艺性能与要求。
不同的固溶处理和时效处理工艺会得到不同的材料性能,由于γ”相的扩散速率较低,所以通过长时间的时效处理能使GH4169合金获得机,GH4169 打磨,可供应模锻件(盘、盘整体锻件)、饼、环、棒(锻棒、,交货状态由供需双方商定,丝材以商定的交货状态成盘装交货。
1.7 GH4169 熔炼与铸造工艺,GH4169的机加工需在固溶处理后进行,要考虑到材料的加工硬化性,与奥氏体不锈钢不同的是,GH4169适合采用低表面切削速度,GH4169焊接,工件在加热之前和加热过程中都必须进行表面清理,保持表面清洁。
若加热环境含有硫、磷、铅或其他低熔点金属,GH4169合金将变脆,杂质来源于做标记的油漆、粉笔、润滑油、水、燃料等,燃料的硫含量要低,如液化气和天然气的杂质含量要低于0.1%。
城市煤气的硫含量要低于0.25g/m3,石油气的硫含量低于0.5%是理想的,加热的电炉要具有较精确的控温能力,炉气为中性或弱碱性,应避免炉气成分在氧化性和还原性中波动,GH4169 热加工。
该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感,掌握合金中向析出和溶解规律及组织与工艺、性能的相互,可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程,就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件,供应的品种有锻件、锻棒、轧棒、冷轧棒、圆饼、环件、,可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构,1.1 GH4169 材料牌号,2.1.3 GH4169 比热容 见表2-2。
表2-2,合金的冶炼工艺分为3类:真空感应电渣重熔,真空感应加真空电弧重熔,真空感应加电渣重熔加真空电弧重熔,可根据零件的使用要求,选择所需的冶炼工艺,满足应用要求。
1.8 GH4169 应用概况与特殊要求,2.5.1 GH4169 抗氧化性能 在空气介质中,合金无磁性 2.5 GH4169 化学性能,表2-1,沉淀硬化型的GH4169合金很适合于焊接,无焊后开裂倾向,适焊性、易加工性、高强度是这种材料的几大优点。
GH4169适合于电弧焊、等离子焊等,在焊接前,材料表面要洁净、无油污、无粉笔记号等,焊缝周围25mm 范围内要打磨露出光亮的金属,GH4169 推荐使用的焊接材料: GTAW。
2.4667 SG-NiCr19NbMoTi,2.1.4 GH4169 线膨胀系数 见表2-3,表2-3,3.1 GH4169性能,Inconel718(美国)。
NC19FeNb(法国) 1.3 GH4169 材,GJB 2612-1996 《焊接用高温合金冷拉丝,冷加工应在固溶处理后进行,GH4169的加工硬化率大于奥氏体不锈钢,因此加工设备应作相应调整,并且在冷加工过程中应有中间退火过程,GH4169 热处理。
GH4169合金合适的热加工温度为1120-900,冷却方式可以是水淬或其他快速冷却方式,热加工后应及时退火以保证性能,热加工时材料应加热到加工温度的上限,为了保证加工时的塑性,变形量达到20%时的终加工温度不应低于960℃。
GH4169 冷加工,表3-1,推荐使用,使用中必须避免出现超过材料承受性能的应力集中,1.5 GH4169 热处理制度,GH4169(GH169) 1.2 GH4169 ,ρ=8.24g/cm3 2.3 GH4169 电性。
2.2 GH4169 密度,3.1.1 因GH4169合金中铌含量高,合金中的铌偏析成都与冶金工艺直接相关,电渣重熔和真空电弧熔炼的熔炼速度和电极棒的质量状态,熔速快,已形成富铌的黑斑。
熔速慢,会形成贫铌的白斑,电极棒表面质量差和电极棒内部有裂纹,均易导致白斑的形成,所以,提高电极棒质量和控制熔速及提高钢锭的凝固速率是冶炼。
为避免钢锭中的元素偏析过重,至今采用的钢锭直径不大于508mm,品均化工艺必须确保钢锭中的L相完全溶解,钢锭两阶段均匀化和中间坯二次均匀化处理的时间,根据钢锭和中间坯的直径而定,均匀化工艺的控制与材料中铌的偏析程度都直接相关。
目前生产中采用的1160℃,20h+1180℃,44h的均匀化工艺,尚不足以消除钢锭中心的偏析,因此建议采用以下工艺: 1.1150℃~1160℃,20h~30h+1180℃~1190℃。
110h~130h,2.1160℃,24h+1200℃,70h,5.1.2 经均匀化处理的合金具有良好的热加工性能,钢锭的开坯加热温度不得超过1120℃,锻件的锻造工艺应根据锻件使用状况和应用要求,结合生产厂的条件而定。
开坯和生产锻件时,中间退火温度和温度必须根据零件所需要的组织状态和性,一般情况下,锻造的温度控制在930℃~950℃之间为宜,各类锻件的锻造温度和变形程度见表5-1,合金具有不同的热处理制度,以控制晶粒度、控制δ相形貌、分布和数量,从而获得不同级别的力学性能。
合金热处理制度分3类: Ⅰ:(1010~10,1h,油冷、空冷或水冷+720℃±5℃,8h,以50℃/h炉冷至620℃±5℃,8h,空冷。
经此制度处理的材料晶粒粗化,晶界和晶内均无δ相,存在缺口敏感性,但对提高冲击性能和抵抗低温氢脆有利,Ⅱ:(950~980)℃±10℃,1h,油冷、空冷或水冷+720℃±5℃,8h。
以50℃/h炉冷至620℃±5℃,8h,空冷,经此制度处理后,材料中的δ相较少,能提高材料的强度和冲击性能。
该制度也称为直接时效热处理制度,1.6 GH4169 品种规格与状态,GH4169 预热,GH4169 概述,2.1.1 GH4169 熔化温度范围 1260~。
该合金的化学成分分为3类:标准成分、优质成分、高纯,件表1-1,优质成分的在标准成分的基础上降碳增铌,从而减少碳化铌的数量,减少疲劳源和增强强化相的数量,提高抗疲劳的含量,提高材料的纯度和综合性能。
核能应用的GH4169合金,需控制硼的含量(其他元素成分不变),具体含量有工序双方协商确定,当ω(B)≤0.002%时,为与宇航工业用的GH4169合金加以区别,合金牌号为GH4169A,制造航空和航天发动机中各种静止件和转动件。
如盘、环件、机匣、轴、叶片、紧固件、弹性元件、燃气,制造核能工业应用的各种弹性元件和格架,制造石油和化工领域应用的零件及其他零件,近年来,在对该合金研究不断深化和对该合金应用不断扩大的基础,为提高质量和降低成本,发展了很多工艺:真空电弧重熔时采用氦气冷却工艺,有效的减轻铌偏析。
采用喷射成形工艺生产环件,降低成本和缩短生产周期,采用超塑成形工艺,扩大产品的生产范围,2 GH4169 物理及化学性能2.1 GH416。
表1-1,在GH4169工件焊缝附近的氧化物要比不锈钢的更难,需要用细砂带打磨,在硝酸和氢氟酸的混合酸中酸洗之前,也要用砂纸去除氧化物或进行盐浴预处理。
GH4169 机加工。
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