航空發動機鈦合金葉片拋光燒蝕問題解決措施

許帥

摘 要：本文介紹了航空發動機鈦合金葉片型面拋光加工工藝，燒蝕（傷）工程化檢測方法，以及燒蝕（傷）后葉片表面狀態，分析了產生燒蝕（傷）的原因，介紹了避免產生燒蝕（傷）問題所進行的一系列加工試驗工作，通過對各種加工方法及參數的反復實驗，總結提出了避免鈦合金葉片型面拋光燒蝕（傷）問題的合理加工方法及參數，為鈦合金葉片高質量高效率的加工總結了一定的經驗。

關鍵詞：鈦合金；葉片；燒蝕；燒傷；砂輪；拋光；砂帶拋光

中圖分類號：TG58 文獻標識碼：A

1 概述

鈦合金是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，因其具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而在航空設備制造中得以廣泛應用，主要用于生產發動機壓氣機。但是鈦合金有其獨特的物理性質以及化學性質，因此加工后的材料質量性能很難發生較好的改變，因此在生產過程中會產生較大的損失，同時也會對發動機的安全性造成影響。

2 拋光工藝

需要進行加工的葉片采用了拍好標注為TC4的加工材料，葉片的型面結構長寬分別為110mm和35mm，在加工過程中需要對葉盆、葉背、進、排氣邊緣及型面與安裝板轉接處進行打磨拋光，使用的設備是砂輪拋光機，為了達到設計圖中對型面和邊緣要求的粗糙度和形狀技術要求，拋光工序應有：粗拋光工序、半精拋光工序和精拋光工序。

2.1 葉片型面粗拋光

粗拋光（俗稱修型、打殘余）是葉片精拋光前的準備工作，使用46#粒度碳化硅砂輪，去除機加工給葉片型面留下的較多的余量和修整葉片型面的形狀。粗拋光葉身表面粗糙在Ra3.2μm以下，一般情況下粗拋光留余量為0.08mm。

2.2 型面半精拋光

半精拋光是精拋光的準備工作。半精拋光是用羊毛氈輪粘附100#～120#粒度碳化硅砂粒拋修型面。半精拋光目的是為了進一步拋修型面、排除波紋、降低粗糙度Ra值。半精拋葉型留余量0.02mm。半精拋光葉身表面粗糙度在Ra0.8μm。

2.3 型面精拋光

精拋光是在半精拋光的基礎上對型面光飾，使其達到規定的粗糙度和圖紙技術要求和尺寸精度要求的工序。葉片型面的打磨拋光為無冷卻液的干磨削形式。

3 鈦合金葉片型面拋光燒蝕檢測方法及產生原因

3.1 鈦合金葉片型面拋光燒蝕檢測方法

鈦合金葉片材質較軟，工程化檢測該材料葉片型面打磨拋光燒蝕現象的方法是利用表面弱腐蝕檢驗方法進行，其所反映的現象是葉片型面表面出現微小的腐蝕麻坑。

3.2 鈦合金葉片型面拋光燒蝕產生的原因

根據對葉片型面拋光過程的實際了解，依照實際發生的狀況，通過分析可以發現，所脫落的砂粒大多產生于砂輪的上部，會在磨削的過程中受到磨削壓力，因而鈦合金材料會發生較強的軟化傾向，因而在這種情況下便會瞬間發生焊附現象。

4 避免燒蝕現象的拋光方法選擇及加工試驗

4.1 拋光方法的選擇

機械拋光方法多種多樣，通過使用不同的磨料以及拋掉余量的改變，對燒蝕影響予以確定，最終確定一個合理的拋光加工方式。

4.2 砂輪機磨削拋光實驗

砂輪機磨削拋光是通過安裝于機床或工具轉動軸上高速旋轉的砂輪或粘附磨料的彈性材料磨輪進行磨削加工的工藝方法。砂輪機磨削實驗的葉片型面尺寸規格、使用的設備轉速、砂輪規格尺寸按照文章前述的工藝文件規定不變，葉片盆、背單面余量0.2。

4.2.1 白剛玉和碳化硅磨料實驗結果

分別使用白剛玉和碳化硅材質的磨料各對15片葉片按照工藝文件規定的三個步驟加工余量要求進行拋光，每個葉片最終形成的加工表面經腐蝕檢查均有比較嚴重的燒蝕現象，同時每個葉片有較嚴重燒傷現象。

4.2.2 碳化硅和氮化硼磨料實驗結果

通過羊毛氈輪對剩余的0.1余量進行拋光，需要注意的是羊毛氈輪上粘附有粒度為100#的碳化硅砂粒，拋光后再對表面進行最終的拋光，可以分別采用樹脂結合劑以及陶瓷結合劑，拋光完成后需要對最終的產品表面進行燒蝕檢查，通過對所加工7片葉片型面進行腐蝕檢查，發現存在個別輕微燒蝕坑，同時每個葉片有小面積輕微燒傷現象。

4.2.3 專用拋光輪實驗結果

使用專用拋光輪進行試驗，將磨余量降至0.1后，再對葉片表面采用砂輪進行最后的拋光，通過檢查8片葉片型面沒有出現燒蝕，但是7片的型面則粗線了小面積的燒蝕。

4.3 砂帶機磨削拋光實驗

砂帶機磨削拋光是通過安裝于機床或工具主動輪與從動輪之間連接的高速運動砂帶進行磨削加工的工藝方法。砂帶由基體、結合劑、磨料三部分組成。砂帶機磨削較砂輪磨削有磨削效率高、磨削溫度低、磨削穩定性較好、磨削經濟性好等優點，實驗選擇的砂帶拋光機線速度調整范圍10～50m/s，使用砂帶長度2640mm。

4.4 拋光質量效果分析

4.4.1 在砂輪拋光機設備上，使用白剛玉、碳化硅砂輪和磨料進行鈦合金葉片型面的連續打磨拋光時，會出現表面燒蝕現象，同時伴隨燒傷現象產生；

4.4.2 在砂輪拋光機設備上，使用100%的立方氮化硼砂輪進行鈦合金葉片型面的連續打磨拋光，存在個別輕微燒蝕坑，同時每個葉片有小面積輕微燒傷現象；

4.4.3 在砂輪拋光機設備上，使用不脫粒專用砂輪進行鈦合金葉片型面的連續打磨拋光不會在表面發生較為明顯的燒蝕現象，但是燒傷現象的出現是不可避免的。

5 加工方案確定

通過加工實驗研究的開展，對該葉片打磨拋光所獲得的經濟、高效與合理的加工工藝方法是，使用砂帶拋光機方法進行加工，每個步驟的加工過程是，使用80#粒度40mm寬碳化硅布基砂帶以約20m/s線速度打磨余量0.12，使用240#粒度33mm寬碳化硅布基砂帶以約24m/s線速度打磨余量0.06mm，使用320#粒度16mm寬碳化硅尼龍纖維砂帶以26m/s線速度打磨0.02mm余量。該方法可連續長時間進行拋光加工，且不產生任何燒蝕和燒傷現象。

參考文獻

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