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最大3D打印發動機鈦合金加強框架研制成功
作者:新浪網    時間:2019-04-19    點擊量:756    
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       北京航空航天大學大型金屬構件增材制造國家工程實驗室在王華明院士團隊率領下,經20余年的不懈研究,在國際上率先為我國航空發動機技術趕超發達國家做出新的貢獻。最新消息稱,已成功研制具有原創核心技術、世界最大的激光增材制造設備(成形能力達7米×4米×3.5米),以及世界最大的16平方米3D打印(某大型轟炸機)某發動機鈦合金加強框。2016年1月18日,王華明院士主持的“飛機鈦合金大型復雜整體構件激光成形技術”項目獲得國家技術發明一等獎。
       根據國內外公開資料推測,王華明院士在我國新一代重型和中型隱身戰斗機用發動機關鍵部件:高溫鈦合金雙性能整體葉盤也獲得了重大進展,采用了激光快速成形雙相鈦合金“ 特種熱處理”新工藝, 激光增材制造出了具有梯度組織和梯度性能的先進航空發動機鈦合金整體葉盤,具有極為優異的綜合力學性能。新一代高性能軍用飛機的優異作戰性能強烈依賴于先進高推重比航空發動機的應用,而整體葉盤技術將發動機葉片、輪盤等零件集成設計為一個整體構件,可大幅減少零件數量,減輕結構質量,從而提高發動機的推重比和使用可靠性。有資料稱較與傳統的榫齒連接結構相比,每個整體葉盤可減重約30%。
       目前雙性能整體葉盤技術的制造方法主要采用是焊接法,通過線性摩擦焊等技術將不同性能的葉片和盤片焊接為一個整體。然而焊接法的最大問題是連接區域往往會成為整個構件的薄弱環節,這對于強調高可靠性和長壽命的航空發動機高速轉動部件來說是個重要隱患。隨著增材制造技術的發展和不斷成熟,人們提出直接在盤體上增材生長出葉片,通過同軸送粉激光熔覆方法,在鈦合金盤體邊緣預先加工出凸臺,逐層堆積成鈦合金葉片。
       北航王華明院士團隊經長期研究發現,鈦合金激光增材制造過程中移動熔池凝固存在池底外延生長和熔池表面異質形核兩種主導凝固方式,通過對熔池凝固兩種主要方式的主動控制即可實現對增材制造金屬構件凝固晶粒形態和力學性能的主動控制。第一種熔池方式可使構件獲得定向生長全柱狀晶組織,其具有優異的高溫持久蠕變性能,第二種方式可使構件獲得各向同性力學性能優異的等軸晶凝固組織。這兩種方式通過人為交替排列,可獲得“鋼筋混凝土狀”混合凝固晶粒組織。這種混合凝固晶粒組織迄今未見國內外報道、傳統冶金鍛鑄技術也無法制備。該技術實現了整體葉盤葉片和盤體組織性能的精確控制,特別是整體葉盤的盤體到葉片的關鍵過渡區,實現了組織性能的平穩漸進過渡,達到了航空發動機專家所希望的要求。
       北航王華明院士團隊還對激光增材制造雙性能整體葉盤技術后續熱處理技術進行了深入研究,經特殊熱處理后其塑性變形抗力尤其是抵抗裂紋擴展能力極其優異,與傳統鍛造鈦合金相比,其疲勞裂紋擴展門檻值提高了61%,而疲勞裂紋擴展速率降低一個數量級以上。隨著激光增材制造雙性能整體風扇和高壓壓氣機葉盤技術的逐漸成熟,高溫合金渦輪盤增材制造技術有可能成為王華明院士團隊下一個重點攻克的技術難點,有望為我國航空發動機技術趕超發達國家做出新的貢獻。
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