PBD鋁酸鈷在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪二級(jí)轉(zhuǎn)子葉片上的應(yīng)用研究

佘玉良 馬紅俐

摘 要：本試驗(yàn)選取某型號(hào)低壓渦輪二級(jí)葉片為典型件進(jìn)行試驗(yàn)，研究了不同比例PBD鋁酸鈷對(duì)鑄件晶粒度、鑄件冶金質(zhì)量的影響，并與同期采用自制鋁酸鈷制備的葉片毛坯晶粒度、冶金質(zhì)量情況進(jìn)行對(duì)比。通過對(duì)比分析，本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用PBD鋁酸鈷生產(chǎn)的低壓渦輪二級(jí)轉(zhuǎn)子葉片晶粒度細(xì)小均勻，優(yōu)于采用自制鋁酸鈷制備的低壓渦輪二級(jí)轉(zhuǎn)子葉片;且采用PBD鋁酸鈷生產(chǎn)的低壓渦輪二級(jí)轉(zhuǎn)子葉片經(jīng)真空固溶熱處理后顯微疏松合格，顯微組織γ′枝晶干尺寸在350nm～409nm，枝晶干尺寸與批產(chǎn)葉片相當(dāng)。

關(guān)鍵詞：PBD鋁酸鈷;晶粒度;顯微疏松;顯微組織

引言

我廠研制生產(chǎn)的低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片表面細(xì)晶涂料液一直采用自制鋁酸鈷細(xì)化劑配制，在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)自制細(xì)化劑的細(xì)化效果不穩(wěn)定。經(jīng)同行業(yè)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，表面細(xì)晶葉片所使用的細(xì)化劑均為PBD鋁酸鈷，其細(xì)化效果穩(wěn)定。因此，本試驗(yàn)擬選取低壓渦輪二級(jí)轉(zhuǎn)子葉片為典型件進(jìn)行PBD鋁酸鈷細(xì)化涂料工藝應(yīng)用研究。

通過摸索PBD鋁酸鈷對(duì)鑄件晶粒度、鑄件冶金質(zhì)量的影響，并與同期葉片毛坯晶粒度、冶金質(zhì)量情況進(jìn)行對(duì)比，確定最佳的PBD鋁酸鈷涂料液配制方案和應(yīng)用效果。

1? 試驗(yàn)方案

采用PBD鋁酸鈷進(jìn)行細(xì)化劑涂料液的配制，為確定最佳的PBD鋁酸鈷含量，本試驗(yàn)制定了三種配比方案。本試驗(yàn)選用的PBD鋁酸鈷技術(shù)指標(biāo)要求（鋁酸鈷技術(shù)參數(shù)）為：氧化鈷（CoO）含量大約為39%～42%、PH值：9～11、比重：4.2～4.5、中位粒徑D50，μm ：<10。本試驗(yàn)選用的熔煉設(shè)備為VIM-50E三室真空爐，選用的母合金為K465，其成分為：C：0.13～0.20，Cr：8.00～9.50，Co：9.00～10.50，Mo：1.20～2.40，W：9.50～11.00，Al ：5.10～6.00，Ti：2.00～2.90，Nb：0.80～1.20，Ni：余。

本試驗(yàn)主要通過觀察制備的葉片晶粒度，來判斷三種細(xì)化劑涂料液的優(yōu)劣，最終確定最佳的PBD鋁酸鈷含量。本試驗(yàn)觀察葉片晶粒度步驟為：澆注→拋修→采用氈輪精拋→采用細(xì)噴砂→葉片晶粒度腐蝕→觀察晶粒度。

2? 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 進(jìn)口鋁酸鈷細(xì)化劑含量的確定

本試驗(yàn)采用三種方案進(jìn)行PBD鋁酸鈷細(xì)化劑涂料液的配制，三種方案的模殼制備工藝、熔煉澆注工藝均相同，最終澆注后的葉片晶粒度，三種方案制備的葉片晶粒度均滿足技術(shù)條件要求，采用方案二和方案三制備的葉片晶粒度效果相同，并均優(yōu)于方案一制備的葉片晶粒度，因此，從節(jié)約成本既節(jié)約PBD鋁酸鈷用量的角度考慮，方案二（90%剛玉粉+10%鋁酸鈷）為最佳選擇。三種方案制備的葉片晶粒度形貌。

2.2 PBD鋁酸鈷與自制鋁酸鈷的細(xì)化效果對(duì)比分析

本試驗(yàn)分別采用方案二和自制鋁酸鈷進(jìn)行細(xì)化劑涂料液配制，其余鑄造工藝如模殼制備、澆注系統(tǒng)、熔煉澆注參數(shù)均相同，制備的葉片晶粒度形貌（晶粒度形貌為整體拋修到最大壁厚下限狀態(tài)時(shí)的）。雖然兩種狀態(tài)的葉身晶粒度均合格，但是采用PBD鋁酸鈷制備的葉片，其葉身晶粒細(xì)小均勻，晶粒度形貌優(yōu)于采用自制鋁酸鈷的。

2.3結(jié)論

本試驗(yàn)選用三種PBD鋁酸鈷細(xì)化劑涂料液方案，通過對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)采用方案二（90%剛玉粉+10%鋁酸鈷）制備的葉片晶粒度形貌最好，且節(jié)約成本;通過方案二與采用自制細(xì)化劑制備的葉片晶粒度形貌進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)采用PBD鋁酸鈷的細(xì)化效果優(yōu)于自制鋁酸鈷。因此，本試驗(yàn)選用細(xì)化劑含量為10%的PBD鋁酸鈷進(jìn)行細(xì)化劑涂料液的配制，既選用本試驗(yàn)的方案二進(jìn)行細(xì)化劑涂料液制備。

3? 批量澆注驗(yàn)證

3.1 冶金質(zhì)量分析

本試驗(yàn)為進(jìn)一步確定方案二的可行性，采用方案二的細(xì)化劑涂料液進(jìn)行模殼制備，并進(jìn)行了葉片澆注驗(yàn)證（其余葉片制備參數(shù)與批產(chǎn)葉片相同）。最終制備的葉片冶金質(zhì)量。

主要缺陷為葉身夾渣（占澆注總數(shù)27.08%）、排氣邊存在欠鋳（5.21%）。略高于同期葉片鑄件合格率，且未發(fā)現(xiàn)熒光疏松缺陷，夾渣相對(duì)較少。

3.2 組織分析

顯微疏松各截面均<0.5%，滿足技術(shù)條件要求;固溶態(tài)枝晶干γˊ大小在350～409nm，枝晶干平均尺寸為391.33nm。與批產(chǎn)枝晶干大小相當(dāng)（顯微組織γ′枝晶干尺寸在261～507nm）。

在該爐批中對(duì)IH9-2進(jìn)行榫頭縱向解剖和靠榫頭轉(zhuǎn)接R橫向解剖作熒光，經(jīng)熒光檢驗(yàn)，該處無疏松顯示，熒光背景效果較好，合格。

4? ?結(jié)論

（1）PBD鋁酸鈷的細(xì)化效果優(yōu)于自制鋁酸鈷，選用細(xì)化劑含量為10%的PBD鋁酸鈷進(jìn)行細(xì)化劑涂料液的配制既可以獲得最佳的晶粒度細(xì)化效果又可以節(jié)約成本。

（2）采用PBD鋁酸鈷（含量為10%）制備的葉片，真空固溶熱處理后顯微疏松合格，顯微組織γ′枝晶干尺寸與批產(chǎn)葉片相當(dāng)，可以在其余低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片和導(dǎo)向器上進(jìn)行應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 姜不居? 《熔模精密鑄造》機(jī)械工業(yè)出版社2004.4

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