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一種飛機發(fā)動機風(fēng)扇葉片用合金的制作方法

文檔序號:10529149閱讀:835來源:國知局
一種飛機發(fā)動機風(fēng)扇葉片用合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種飛機發(fā)動機風(fēng)扇葉片用合金,所述合金材料的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為:C:0.01%~0.10%,B:0.01%~0.08%,Mn:0.06%~0.15%,Ti:1.0%~3.0%,Mo:0.01%~0.04%,W:5%~15%,Cu:0.21%~0.30%,Ni:9.0%~12.0%,Cr:18.0%~21.0%,Nb:0.10%~0.20%,Ta:0.01%~0.02%,Re:0.01%~0.02%,Sr:0.015%~0.040%,Zn:0.31%~0.42%,Mg:8.0%~11.0%,La:0.01%~0.02%,Zr:0.50%~2.0%,Ho:0.25%~0.30%,Co:0.20%~0.50%,Sb:0.02%~0.03%,其余為Fe。本發(fā)明所制備的合金材料硬度高,耐高溫,抗壓強度高,抗蠕變性能好。
【專利說明】
一種飛機發(fā)動機風(fēng)扇葉片用合金
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于鐵基合金領(lǐng)域,具體涉及一種飛機發(fā)動機風(fēng)扇葉片用合金。
【背景技術(shù)】
[0002] 航空發(fā)動機技術(shù)是大國地位的體現(xiàn),是現(xiàn)代航空技術(shù)的戰(zhàn)略制高點,是大國之間 綜合國力的反映。發(fā)動機研究和發(fā)展工作的特點是技術(shù)難度大、耗資多、周期長,發(fā)動機對 飛機的性能以及飛機研制的成敗和進(jìn)度有著決定性的影響,而且發(fā)動機技術(shù)具有良好的軍 民兩用特性,對國防和國民經(jīng)濟(jì)有重要意義。
[0003] 在航空發(fā)動機中,渦輪葉片由于處于溫度最高、應(yīng)力最復(fù)雜、環(huán)境最惡劣的部位而 被列為第一關(guān)鍵件,并被譽為"王冠上的明珠"。渦輪葉片的性能水平,特別是承溫能力,成 為一種型號發(fā)動機先進(jìn)程度的重要標(biāo)志,在一定意義上,也是一個國家航空工業(yè)水平的顯 著標(biāo)志航空發(fā)動機的特點是體積小,功率大,各部件的工作條件嚴(yán)酷,特別是轉(zhuǎn)動件在不同 的溫度、載荷、環(huán)境介質(zhì)下工作,大多須用比強度高、耐熱性好和抗腐蝕能力強的材料制造。 航空發(fā)動機的使用期限不盡相同,所用材料的組織和性能須保持長時間穩(wěn)定。航空發(fā)動機 早期采用鋁合金、鎂合金、高強度鋼和不銹鋼等制造;后期為適應(yīng)增加發(fā)動機推力、提高飛 機飛行速度的需要,鈦合金、高溫合金和復(fù)合材料相繼得到應(yīng)用。渦輪噴氣發(fā)動機壓氣機的 零部件工作溫度一般低于650Γ,要求用比強度和疲勞強度高、抗沖擊和耐腐蝕的材料制 造。離心式壓氣機的葉輪使用高強度鋁合金。軸流式壓氣機的前風(fēng)扇葉片用鈦合金。低壓轉(zhuǎn) 子的輪盤和葉片用鋼和鋁合金,發(fā)展趨勢是全部用鈦合金。高壓轉(zhuǎn)子的輪盤和葉片用耐熱 鋼,發(fā)展趨勢是用高溫合金。
[0004] 發(fā)動機風(fēng)扇葉片合金材料的質(zhì)量好壞將直接影響到飛行安全和飛機的使用壽命, 如何研發(fā)出高質(zhì)量的發(fā)動機風(fēng)扇葉片合金,以適應(yīng)航空業(yè)發(fā)展的需求,是本行業(yè)技術(shù)人員 所面臨的一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷,本發(fā)明的目的在于提供一種飛機發(fā)動機風(fēng)扇葉片的 合金材料,具有優(yōu)良的抗腐蝕性能,耐高溫,機械強度高,抗蠕變性能好,有效地解決了上述 問題。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案: 一種飛機發(fā)動機風(fēng)扇葉片用合金,采用單質(zhì)經(jīng)過高溫冶煉而成,所述合金材料的化學(xué) 元素成分及其質(zhì)量百分比為: C:0.01%~0.10%,B:0.01%~0.08%,Μη:0.06%~0.15%,T i:1.0%~3.0%,Mo:0.01%~0.04%,W: 5%~15%,Cu:0·21%~0·30%,Ni:9·0%~12·0%,Cr:18·0%~21·0%,Nb:0·10%~0·20%,Ta:0·01%~ 0.02%, Re:0.01%~0.02%, Sr:0.015%~0.040%,Zn:0.31%~0.42%,Mg:8.0%~11.0%, La:0.01%~ 0 · 03%,Zr: 0 · 50%~3 · 0%,Ho: 0 · 20%~0 · 30%,Co: 0 · 10%~0 · 50%,Sb: 0 · 01%~0 · 03%,其余為 Fe。
[0007] 進(jìn)一步的,所述Ru的質(zhì)量百分比含量為:0.01%~0.02%。
[0008] 進(jìn)一步的,所述Zr的質(zhì)量百分比含量為:0.50%~2.0%。
[0009] 進(jìn)一步的,所述Ho的質(zhì)量百分比含量為:0.25%~0.30%。
[0010] 進(jìn)一步的,所述Co的質(zhì)量百分比含量為:0.20%~0.50%。
[0011] 進(jìn)一步的,所述Sb的質(zhì)量百分比含量為:0.02%~0.03%。
[0012] 進(jìn)一步的,所述合金材料的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為: C:0.10%,B:0.08%,Mn:0.09%,Ti:3.0%,Mo:0.03%,ff:10%,Cu:0.30%,Ni:11.0%,Cr:20%, Nb:0.15%,Ta:0.014%,Re:0.016%,Sr:0.040%,Zn:0.41%,Mg:10.0%,Ru:0.01%,Zr:1.0%,Ho: 0 · 25%,Co: 0 · 4%,Sb: 0 · 03%,其余為 Fe。
[0013] 本發(fā)明的另一個目的,在于提供一種飛機發(fā)動機風(fēng)扇葉片用合金的制備方法,制 作方法具體為:將合金原料 Sc、Mn、Ti、Li、Sn、Cu、Ni、Cr、Y、La、Tb、Dy、Ho、Eu、Er、Zn、Pb、Mg、 A1單質(zhì)在真空條件下熔融,冷卻后得到合金材料成品。。
[0014] 以下,對本發(fā)明中采用的合金材料的化學(xué)元素成分的限定理由進(jìn)行說明,成分組 成中涉及的%指質(zhì)量%。
[0015] c:0.01%~0.10%,合金中含碳量增加,屈服點和抗拉強度升高,但塑性和沖擊性降 低,碳量高還會降低合金的耐大氣腐蝕能力,在露天料場的高碳鋼就易銹蝕;此外,碳能增 加合金的冷脆性和時效敏感性。為適應(yīng)航空條件及發(fā)動機的特殊需求,本發(fā)明將C含量規(guī)定 為0 · 01 %~0 · 10%,優(yōu)選為0 · 10%。
[0016] B: 0.01 %~0.08%,合金中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱乳性能,提高強 度。為適應(yīng)航空條件及發(fā)動機的特殊需求,本發(fā)明將B含量規(guī)定為0.01%~0.08%,優(yōu)選為 0.08%〇
[0017] Μη:0.06%~1.5%,Mn是一種弱脫氧劑合金中添加 Mn,不但有利于合金的抗蝕性,而 且還能使合金的強度提高,并能降低熱裂紋傾向,改善合金的抗腐蝕性能和焊接性能。隨著 Μη含量增加,合金強度有所提高,為適應(yīng)航空條件,本發(fā)明將Μη含量規(guī)定為0.06%~1.5%,優(yōu) 選為0.09%。
[0018] Ti : 1.0%~3.0%,鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密,細(xì)化晶粒力;降低 時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鋼中加入適當(dāng)?shù)拟?,可避免晶間腐蝕??紤]到航空 條件及發(fā)動機的特殊需求,本發(fā)明將Ti含量規(guī)定為1.0%~3.0%,優(yōu)選為3.0%。
[0019] Mo: 0.01%~0.04%,鉬能使鋼的晶粒細(xì)化,提高淬透性和熱強性能,在高溫時保持足 夠的強度和抗蠕變能力。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬,能提高機械性能,還可以抑制合金鋼由于火而引 起的脆性。為適應(yīng)航空條件及發(fā)動機的特殊需求,將Mo規(guī)定為0.01%~0.04%,優(yōu)選為0.03%。
[0020] W:5%~15%,鎢熔點高,比重大,是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬 度和耐磨性??紤]到航空的具體實際,適應(yīng)航空條件及發(fā)動機的特殊需求,本發(fā)明將W含量 規(guī)定為5%~15%,優(yōu)選為10%。
[0021 ] Cu: 0.21%~0.30%,銅和鋁組成固溶體,增加含銅量,能提高合金的流動性,抗拉強 度和硬度,但降低了耐蝕性和塑性,熱裂傾向增大。為適應(yīng)航空條件及發(fā)動機的特殊需求, 本發(fā)明將Cu含量規(guī)定為0.21%~0.30%,優(yōu)選為0.30%。
[0022] Ni : 9.0%~12.0%,鎳在合金中能提高合金的強度和硬度,降低耐蝕性。鎳能減少合 金對模具的熔蝕,提高合金的焊接性能。為適應(yīng)航空氣候條件及發(fā)動機的特殊需求,本發(fā)明 將材質(zhì)中Ni含量規(guī)定為9.0%~12.0%,優(yōu)選為11.0%。
[0023] Cr: 18.0%~21.0%,Cr在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中,鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性,但 同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性,因而是不銹鋼,耐熱鋼的重要 合金元素。本發(fā)明將合金材質(zhì)中Cr含量規(guī)定為18.0%~21.0%,優(yōu)選為20%。
[0024] Nb: 0.10%~0.20%,鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性,提高強度,但 塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮,可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐 蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮,可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。為適應(yīng)航空氣 候條件及及發(fā)動機的特殊需求,本發(fā)明將合金材料中Nb含量規(guī)定為0.10%~0.20%,優(yōu)選為 0.15%〇
[0025] Ta: 0.01%~0.02%,Ta是強碳化物形成元素,Ta的碳化物在高溫下十分穩(wěn)定,只比鈦 的碳化物略為遜色。由于Ta具有良好的熱強性,因此,Ta在低合金耐熱鋼和高合金耐熱鋼中 都獲得了廣泛的應(yīng)用,提高了鋼的熱強性。為適應(yīng)航空氣候條件及及發(fā)動機的特殊需求,本 發(fā)明將合金材料中Ta含量規(guī)定為0.10%~0.20%,優(yōu)選為0.014%。
[0026] Re : 0.01%~0.02%,錸能夠同時提高鎢、鉬、鉻的強度和塑性,為適應(yīng)航空氣候條件 及及發(fā)動機的特殊需求,本發(fā)明將合金材料中Re含量規(guī)定為0.01%~0.02%,優(yōu)選為0.016%。 [0027] Sr: 0.015%~0.040%,Sr有很強的吸收X射線輻射功能和獨特的物理化學(xué)性能,可以 防止高空中的宇宙射線對飛機的傷害,考慮到發(fā)動機的特殊需求,本發(fā)明將合金材料中Sr 含量規(guī)定為〇. 015%~0.040%,優(yōu)選為0.040%。
[0028] Zr: 0.50%~3.0%,Zr是冶煉過程中的除氧、硫、磷劑,Zr能提高鋼的強度與硬度,尤 其是鋼的持久強度及改善鋼的焊接性能,考慮到發(fā)動機的特殊需求,本發(fā)明將合金材料中 Sr含量規(guī)定為0.50%~3.0%,優(yōu)選為1.0%。
[0029] La: 0.10%~0.03%,H〇:0.20%~0.30%。1^、!1〇是稀土元素,稀土元素加入鋁合金中,能 夠提高合金材料的機械強度和抗腐蝕性,使鋁合金熔鑄時增加成分過冷,細(xì)化晶粒,減少二 次晶間距,減少合金中的氣體和夾雜,并使夾雜相趨于球化。還可降低熔體表面張力,增加 流動性,有利于澆注成錠,對工藝性能有著明顯的影響;使制備的鋁合金具有好的高溫強度 和長期抗蠕變性能。本發(fā)明將合金中La含量規(guī)定為0.10%~0.03%,優(yōu)選為0.01%; Ho為0.20%~ 0.30%,優(yōu)選為 0.25%。
[0030] Mg: 8.0%~11.0%,在合金中加入少量的鎂,可提高強度和屈服極限,提高了合金的 切削加工性。含鎂的合金具有優(yōu)良的耐蝕性。為適應(yīng)航空氣候條件及發(fā)動機要求,本發(fā)明將 合金材料中Mg含量規(guī)定為8.0%~11.0%,優(yōu)選為10.5%。
[0031] Zn: 0.31%~0.42%,Zn在鋁合金中能提高流動性,增加熱脆性,降低耐蝕性,故應(yīng)控 制鋅的含量在規(guī)定范圍中。含鋅量很高的鋁合金卻具有較好的鑄造性能和機械性能,切削 加工也比較好,為適應(yīng)航空氣候條件及發(fā)動機要求,本發(fā)明將合金材料中Zn含量規(guī)定為 0 · 31 %~0 · 42%,優(yōu)選為 0 · 38%。
[0032] Co: 0.10%~0.50%,Co可以提尚和改善鋼的尚溫性能,增加其紅硬性,提尚鋼的抗氧 化性和耐蝕性能等。為適應(yīng)航空氣候條件及發(fā)動機要求,本發(fā)明將合金材料中Co含量規(guī)定 為0 · 10%~0 · 50%,優(yōu)選為0 · 40%。
[0033] Sb: 0.01%~0.03%,在鋼中加入一定量的銻,會不同程度的提高鋼的抗腐蝕能力及 耐磨性。為適應(yīng)航空氣候條件及發(fā)動機要求,本發(fā)明將合金材料中Sb含量規(guī)定為0.01%~ 0.03%,優(yōu)選為 0.03%。
[0034]本發(fā)明的優(yōu)點是: 本發(fā)明所提供的合金不但具有很好的機械強度,并且大幅度地提高了鋁合金的抗腐蝕 性,更加符合航空作業(yè)的飛機發(fā)動機風(fēng)扇葉片材質(zhì)需求。
【具體實施方式】
[0035]以下給出本發(fā)明的具體實施例,用來對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0036] 實施例1 原料組分:硼:0 · 08%,錳:0 · 09%,鈦:3 · 0%,鉬:0 · 03%,鎢:10%,銅:0 · 30%,鎳:11 · 0%,鉻: 20%,鈮:0· 15%,鉭:0.014%,錸:0.016%,鍶:0.040%,鋅:0.41%,鎂 :10.0%,鑭:0.01%,鋯: 1 · 0%,鈥:0· 25%,鈷:0· 4%,銻:0· 03%,其余為鐵。
[0037] 制作方法:將原料 Sc、Mn、Ti、Li、Sn、Cu、Ni、Cr、Y、La、Tb、Dy、Ho、Eu、Er、Zn、Pb、Mg、 A1單質(zhì)在真空條件下熔融,冷卻后得到合金材料成品。
[0038] 實施例2 原料組分:硼元素:0.01%,猛元素:0.06%,鈦元素:1.0%,鉬元素:0.01%,媽元素:5%,銅 元素:0.21%,鎳元素:9.0%,絡(luò)元素:18.0%,銀元素:0.15%,鉭元素:0.01%,錸元素:0.01%,鎖 元素:0.015%,鋅元素:0.31%,鎂元素:8.0%,鑭元素:0.01%,錯元素:0.5%,鈥元素:0.20%,鈷 元素:0.10%,鋪元素:0.01 %,以及余量的鐵元素。
[0039] 制作方法:將原料 Sc、Mn、Ti、Li、Sn、Cu、Ni、Cr、Y、La、Tb、Dy、Ho、Eu、Er、Zn、Pb、Mg、 A1在真空條件下熔融,冷卻后得到合金材料成品。
[0040] 實施例3 原料組分:硼元素:0.08%,猛元素:0.15%,鈦元素:3.0%,鉬元素:0.04%,媽元素:15%,銅 元素:0.30%,鎳元素:12.0%,絡(luò)元素:21.0%,銀元素:0.20%,鉭元素:0.02%,錸元素:0.02%, 鎖元素:0.04%,鋅元素:0.42%,鎂元素:11.0%,鑭元素:0.03%,錯元素:3.0%,鈥元素:0.30%, 鈷元素:0.50%,鋪元素:0.03%,以及余量的鐵元素。
[0041] 制作方法:將原料 Sc、Mn、Ti、Li、Sn、Cu、Ni、Cr、Y、La、Tb、Dy、Ho、Eu、Er、Zn、Pb、Mg、 A1在真空條件下熔融,冷卻后得到合金材料成品。
[0042] 實施例4 原料組分:硼元素:0.04%,猛元素:0.11 %,鈦元素:2.0%,鉬元素:0.025%,媽元素:10%, 銅元素:0.26%,鎳元素:10.5%,絡(luò)元素:19.5%,銀元素:0.15%,鉭元素:0.015%,錸元素: 0.015%,鍶元素:0.03%,鋅元素:0.37%,鎂元素:10.0%,鑭元素:0.015%,鋯元素:1.25%,鈥元 素:0.28%,鈷元素:0.35%,鋪元素:0.025%,以及余量的鐵元素。
[0043] 制作方法:將原料 Sc、Mn、Ti、Li、Sn、Cu、Ni、Cr、Y、La、Tb、Dy、Ho、Eu、Er、Zn、Pb、Mg、 A1在真空條件下熔融,冷卻后得到合金材料成品。
[0044] 實驗例1 將本發(fā)明實施例卜4所制飛機發(fā)動機葉片合金材料與普通飛機發(fā)動機葉片材料的基本 金屬特性相比較,其性能結(jié)果如下表1。
[0045] 表1基本金屬特性性能比較
由上述試驗例可見,本發(fā)明合金材料的各項性能均高于普通飛機發(fā)動機葉片材料,更 加適合用于飛機發(fā)動機葉片材料。
[0046]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例及實驗例而已,并不用于限制本發(fā)明,對于本領(lǐng)域 的技術(shù)人員來說,本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任 何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種飛機發(fā)動機風(fēng)扇葉片用合金,采用單質(zhì)經(jīng)過高溫冶煉而成,其特征在于,所述合 金的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為: C:0.01%~0.10%,B:0.01%~0.08%,Mn:0.06%~0.15%,Ti:1.0%~3.0%,M〇:0.01%~0.04%,W: 5%~15%, Cu:0.21%~0.30%, Ni:9.0%~12.0%, Cr:18.0%~21.0%,Nb:0.10%-0.20%, Ta:0.01%~ 0.02%, Re:0.01%~0.02%, Sr:0.015%~0.040%, Zn:0.31%~0.42%,Mg:8.0%~11.0%, La:0.01%~ 0 · 03%,Zr: 0 · 50%~3 · 0%,Ho: 0 · 20%~0 · 30%,Co: 0 · 10%~0 · 50%,Sb: 0 · 01%~0 · 03%,其余為 Fe。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述合金,其特征在于,所述La的質(zhì)量百分比含量為0.01%~0.02%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述合金,其特征在于,所述Zr的質(zhì)量百分比含量為0.50%~2.0%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述合金,其特征在于,所述Ho的質(zhì)量百分比含量為0.25%~0.30%。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述合金,其特征在于,所述Co的質(zhì)量百分比含量為0.20%~0.50%。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述合金,其特征在于,所述Sb的質(zhì)量百分比含量為0.02%~0.03%。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述合金,其特征在于,所述合金材料的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分 比為: C:0.10%,B:0.08%,Mn:0.09%,Ti:3.0%,M〇:0.03%,ff:10%,Cu:0.30%,Ni:11.0%,Cr:20%, Nb:0.15%,Ta:0.014%,Re:0.016%,Sr:0.040%,Zn:0.41%,Mg:10.0%,La:0.01%,Zr:1.0%,Ho: 0 · 25%,Co: 0 · 4%,Sb: 0 · 03%,其余為 Fe。8. -種根據(jù)權(quán)利要求1~7任一項所述合金的制作方法,其特征在于,制作方法具體為: 將合金原料〇、8、]?11、11、]\1〇、1、〇1、附、0、恥、了3、1^、51、211、]\%、1^、21、!1〇、(:〇、513單質(zhì)在真空 條件下熔融,冷卻后得到合金材料成品。
【文檔編號】F01D5/28GK105886954SQ201610295927
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月7日
【發(fā)明人】王少平
【申請人】惠安縣泰達(dá)商貿(mào)有限責(zé)任公司
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