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