新材料構(gòu)件制造技術(shù)
　　推重比15~20 一級(jí)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)要求材料具有耐高溫、高強(qiáng)度、高韌性等特性 。高性能發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)采用很多種類(lèi)的新材料和新材料構(gòu)件，尤其是金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、碳/ 碳復(fù)合材料是當(dāng)前高溫復(fù)合材料領(lǐng)域開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。與其同時(shí)進(jìn)行的高溫復(fù)合材料構(gòu)件制造技術(shù)正在深入地發(fā)展。

1 金屬基復(fù)合材料構(gòu)件制造技術(shù)
　　SiC 長(zhǎng)纖維增強(qiáng)Ti 基復(fù)合材料（TiMMC）具有比強(qiáng)度高、比剛度高、使用溫度高及疲勞和蠕變性能好的優(yōu)點(diǎn)。例如德國(guó)研制的SCS-6 SiC/IMI834 復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度高達(dá)2200MPa，剛度達(dá)220GPa，而且具有極為優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，在700℃溫度暴露2000h 后，力學(xué)性能不降低。TiMMC 葉環(huán)代替壓氣機(jī)盤(pán)，可使壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕70%。美國(guó)制備的TiMMC 葉環(huán)已在P&W 的XTC-65 IHPTET 驗(yàn)證機(jī)上成功地進(jìn)行了驗(yàn)證，能夠滿(mǎn)足性能要求。英、法、德也研制了TiMMC 葉環(huán)，并成功地進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)。未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓壓氣機(jī)葉片和靜子葉片、整體葉環(huán)、機(jī)匣及渦輪軸將采用金屬基復(fù)合材料制造。TiMMC 關(guān)鍵制造技術(shù)有、纖維涂層法、等離子噴涂法、漿料帶鑄造法、箔- 纖維法。

2 陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件制造技術(shù)
　　推重比15~20 高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪前溫度將達(dá)到2200K 以上，連續(xù)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料（CMC）耐溫高，密度低，具有類(lèi)似金屬的斷裂行為，對(duì)裂紋不敏感，不發(fā)生災(zāi)難性的損毀，可代替高溫合金作為熱端部件結(jié)構(gòu)材料。CMC 的應(yīng)用使發(fā)動(dòng)機(jī)大幅度減重，節(jié)約冷卻氣或無(wú)需冷卻，從而確保發(fā)動(dòng)機(jī)高推重比的有關(guān)性能。美、英、法等發(fā)達(dá)國(guó)家以推重比9~10 發(fā)動(dòng)機(jī)（如F119、 EJ200、 F414 等）作為CMC 的驗(yàn)證平臺(tái)，主要驗(yàn)證的部件有SiC 基CMC 的燃燒室、渦輪外環(huán)、火焰穩(wěn)定器、矢量噴管調(diào)節(jié)片和密封片，甚至整體燃燒室和整體渦輪等構(gòu)件。SiC 基CMC 的關(guān)鍵制造技術(shù)包括纖維預(yù)制件的設(shè)計(jì)和制造、SiC 基體的致密化技術(shù)、纖維與基體間界面層和復(fù)合材料表面防氧化涂層的設(shè)計(jì)與制造以及構(gòu)件的精密加工等。

3 碳/碳復(fù)合材料構(gòu)件制造技術(shù)
　　碳/ 碳復(fù)合材料（C/C）的最顯著的優(yōu)點(diǎn)是耐高溫（1800℃ ~2000℃）和低密度（約1.9g / cm3），可能使發(fā)動(dòng)機(jī)大幅度減重 。美、法、俄等研制的C/C 復(fù)合材料部件有燃燒室噴嘴、加力燃燒室噴管、渦輪和導(dǎo)向葉片、整體渦輪盤(pán) 、 渦輪外環(huán)等。美國(guó)將整體渦輪盤(pán)在1760℃進(jìn)行了地面超轉(zhuǎn)試驗(yàn)。C/C 構(gòu)件的關(guān)鍵制造技術(shù)包括碳纖維預(yù)制體的設(shè)計(jì)與制備、C/C 的致密化技術(shù)和C/C 防氧化涂層的設(shè)計(jì)與制造。
　　C/C 致密化方法有化學(xué)氣相浸透法（CVI）和液相浸漬法。液相浸漬法包括樹(shù)脂浸漬炭化法和瀝青浸漬炭化法，發(fā)展的方向是提高致密化速率，降低制造成本。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)用C/C 構(gòu)件要滿(mǎn)足富氧燃?xì)猸h(huán)境下長(zhǎng)壽命工作的要求，所以必須解決C/C 抗氧化的問(wèn)題。通過(guò)設(shè)計(jì)和制備防氧化涂層是改善C/C 抗氧化性的主要途徑，也是國(guó)際研究的熱點(diǎn)，目前尚未取得突破性進(jìn)展。由上可見(jiàn) ， 與現(xiàn)行推重比8 的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，新材料構(gòu)件不管在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)方面 ， 還是在整體質(zhì)量方面，都有較大突破，因此可確保推重比15~20 等高性能的實(shí)現(xiàn)。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)新工藝

1 新型結(jié)構(gòu)件精密制坯技術(shù)
　　目前，先進(jìn)精密毛坯制造技術(shù)正在向近凈成形方向發(fā)展。先進(jìn)的精密制坯技術(shù)有定向凝固和單晶精鑄制坯、精密鍛造制坯和快速凝固粉末冶金制坯技術(shù)。高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用了大量的新型結(jié)構(gòu)件，由于制坯技術(shù)的進(jìn)步將導(dǎo)致毛坯件發(fā)生重大變化。精鑄件、精鍛件、單晶和定向凝固精鑄件以及快速凝固粉末冶金制坯毛坯將取代傳統(tǒng)的大余量毛坯。傳統(tǒng)意義的鍛件將由77% 降至33%，精鑄件由18% 增至44% 以上，粉末冶金件由3% 增至8%，復(fù)合材料構(gòu)件由4% 增至15%。

2 先進(jìn)的切削技術(shù)
　　切削加工一直是航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)重件的主要制造手段。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的不斷提高，特別是質(zhì)量的不斷減輕，發(fā)動(dòng)機(jī)制造將越來(lái)越多地依賴(lài)于高比強(qiáng)度、低密度、高剛度和耐高溫能力強(qiáng)的鈦合金、高溫合金以及金屬基復(fù)合材料等新材料，而這些材料都屬于典型的難加工材料。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)重件往往型面復(fù)雜，對(duì)加工精度和表面完整性的要求極，因此在新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的切削加工中迫切需要采用新型刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)以及高效的工藝方法，同時(shí)這種需求也大大推動(dòng)了具有高剛度、高精度和大驅(qū)動(dòng)功率的專(zhuān)用機(jī)床和通用機(jī)床的發(fā)展。

　　數(shù)控加工技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造中主要用于壓氣機(jī)及渦輪機(jī)的各類(lèi)機(jī)匣、壓氣機(jī)盤(pán)及渦輪盤(pán)、渦輪軸和壓氣機(jī)軸等復(fù)雜構(gòu)件的加工。高端數(shù)控裝備及技術(shù)作為國(guó)家戰(zhàn)略性物資，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)整體制造水平起著舉足輕重的作用，如美國(guó)洛克希德· 馬丁公司在研制JSF 聯(lián)合攻擊機(jī)時(shí)，采用五坐標(biāo)數(shù)控加工方法，將約1.5t 的鐵合金鍛鍛錠數(shù)控銑削加工成重約99kg 的大型升力風(fēng)扇整體葉盤(pán)，其切除率超過(guò)93%。

　　高效精密切削、變形補(bǔ)償、自適應(yīng)加工，以及抗疲勞制造等技術(shù)的研究和應(yīng)用在新一代發(fā)動(dòng)機(jī)的加工中需求迫切；同時(shí)，加工過(guò)程的知識(shí)積累對(duì)于提高加工效率、加工質(zhì)量和加工的自動(dòng)化水平非常重要，應(yīng)圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)重件和典型材料的高效數(shù)控加工建立相應(yīng)的切削數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　磨削在先進(jìn)的切削技術(shù)研究中占有重要地位。在磨削加工技術(shù)的研究中，為了獲得高加工效率，世界發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始嘗試高速、強(qiáng)力磨削技術(shù)，如利用強(qiáng)力磨削可一次磨出渦輪葉片的榫頭齒形。目前，磨削技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是：發(fā)展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨削、高速高效磨削機(jī)理并開(kāi)發(fā)其新的磨削加工技術(shù)，研制高精度、高剛性的自動(dòng)化磨床。

3 特種加工技術(shù)
　　以高能束流加工為代表的特種加工技術(shù)在難切削材料加工，復(fù)雜構(gòu)件的型腔 、 型面、型孔、微小孔、細(xì)微槽及縫的加工中具有顯著優(yōu)勢(shì)，解決了常規(guī)加工很難解決的問(wèn)題。特種加工技術(shù)主要包括：激光加工、電子束加工、離子束加工 、等離子加工、電火花加工、電解加工、超聲波加工、磨料流加工、高壓水射流切割等。通過(guò)電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)和力場(chǎng)（包括空間微重力場(chǎng)）等外加因素的綜合應(yīng)用以及激光、等離子束、微波等多種能量形式的結(jié)合，開(kāi)辟材料加工成形技術(shù)創(chuàng)新的廣闊途徑。

4 特種焊接技術(shù)
　　先進(jìn)焊接連接技術(shù)作為確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)完整性不可缺少的手段，其研究 、 開(kāi)發(fā)與應(yīng)用直接關(guān)系到新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量、壽命和可靠性。特種焊接技術(shù)由于具有可明顯減輕結(jié)構(gòu)重量、降低制造成本、提高結(jié)構(gòu)性能等特點(diǎn)，滿(mǎn)足航空發(fā)動(dòng)機(jī)輕質(zhì)化、長(zhǎng)壽命、低成本、高可靠性制造的要求，已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的一項(xiàng)重要技術(shù)。

　　特種焊接技術(shù)主要包括：鎢極惰性氣體保護(hù)弧焊（GTAW）、活性焊劑焊接技術(shù)、自蔓延高溫合成焊接法、等離子弧焊（PAW）、電子束焊（EBW）、激光焊（LBW）、真空釬焊（VB）、擴(kuò)散焊（DB）、摩擦焊等。近年來(lái)，新型纖焊和擴(kuò)散焊、摩擦焊和高能束流焊接等先進(jìn)焊接技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的發(fā)展和應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在歐美已相繼用摩擦焊取代電子束焊用于發(fā)動(dòng)機(jī)的粉末冶金等溫鍛造盤(pán)- 盤(pán)及盤(pán)- 軸一體化焊接。摩擦焊接技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鼓筒、整體葉盤(pán)的焊接中得到和應(yīng)用，并逐漸發(fā)展成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

5 熱障涂層技術(shù)
　　先進(jìn)的高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中將大量采用以熱障涂層技術(shù)為代表的先進(jìn)熱障涂層技術(shù)。涂層技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件的耐磨、高溫防護(hù)、隔熱、封嚴(yán)以及鈦合金零件的防微動(dòng)磨損、阻燃等方面起了顯著的作用，應(yīng)用越來(lái)越廣泛 。 先進(jìn)的涂層方法主要包括：真空等離子噴涂、層流等離子噴涂、超音速火焰噴涂、電子束物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、真空離子濺射涂層等。熱端部件采用熱障涂層以提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，其中有陶瓷涂層和多層隔熱層。
　　陶瓷熱障涂層需先在零件表面噴涂MCrALY底層以提高結(jié)合強(qiáng)度。多層復(fù)合隔熱涂層是在基體金屬表面釬焊一層柔性金屬纖維結(jié)構(gòu)（材料為HFe22.5Cr5.5SiO0.1C），可減少冷卻氣流80%。渦輪工作葉片和導(dǎo)向器的隔熱涂層采用低壓等離子噴涂涂敷，也可以采用電子束物理氣相沉積（EB-PVD）涂敷。發(fā)動(dòng)機(jī)冷端部件均采用封嚴(yán)涂層、耐磨和防腐蝕涂層。

6 快速原型/零件制造技術(shù)
　　快速原型（Rapid Prototyping，RP）制造技術(shù)出現(xiàn)于20 世紀(jì)90 年代中期，這種基于“離散- 堆積”原理和增材制造的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的無(wú)模具、快速、近凈成形，具有高度柔性的制造思想已經(jīng)被企業(yè)界廣泛接受 ,其應(yīng)用已從最初的設(shè)計(jì)原型和測(cè)試原型制造向最終產(chǎn)品制造的方向發(fā)展。

　　快速原型/ 零件制造技術(shù)為航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜零件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)實(shí)體化提供快速方便的手段，可實(shí)現(xiàn)精鑄復(fù)雜模具的制造，現(xiàn)在發(fā)展到直接快速成形零件，是一種很有發(fā)展前景的工藝方法。主要方法有：分層實(shí)體制造（LOM）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、熔化沉積制造（FDM）、三維立體印刷（SLA）和三維焊接法等。

　　快速原型制造技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)，就成為先進(jìn)制造技術(shù)和激光加工領(lǐng)域研究的熱點(diǎn) ，美國(guó)軍方對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展給予了相當(dāng)?shù)年P(guān)注和支持，在其直接支持下 ， 美國(guó)率先將這一先進(jìn)技術(shù)實(shí)用化，目前，F(xiàn)-22 和F/A-18E/F 上的幾個(gè)關(guān)鍵零件已經(jīng)采用了TC4 鈦合金激光快速成形件。該技術(shù)能顯著提高疲勞性能，降低成本40%，加工周期僅為傳統(tǒng)工藝的1/5。

7 浮壁式火焰筒制造技術(shù)
　　推重比10 一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度達(dá)到1500℃ ~1700℃。艾利遜公司研究了用Lamilloy 多孔層板加柔性金屬/ 陶瓷制造的浮壁式火焰筒結(jié)構(gòu)。普惠公司研究了用玻璃陶瓷基復(fù)合材料制造浮壁式火焰筒結(jié)構(gòu)。F119采用的浮壁式火焰筒結(jié)構(gòu)是用多環(huán)段連接而成。環(huán)段背向火焰一面對(duì)流散熱的凸環(huán)，并有縫隙形成冷卻隔熱氣膜，隔熱環(huán)是由浮動(dòng)片組成，并用螺栓連接在外環(huán)段上。浮動(dòng)片用精密鑄造而成，而冷卻隔熱環(huán)局部噴涂熱障涂層，以降低部件表面溫度。

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