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航空材料
——之发动机涡轮叶片
班级：发动机1102
航空材料与热处理论文
飞机发动机涡轮叶片
引言
近半个多世纪以来,航空发动机技术取得了巨大的进步,军用发动机推重比从初
期的2~3提高到10甚至20,这就对材料和制造技术的发展提出了更高的要求。航空发动
机涡轮叶(包括涡轮工作叶片和导向叶片)是航空发动机中承受温度载荷最剧烈和工作
环境最恶劣的部件之一,在高温下要承受很大、很复杂的应力,因而对其材料的要求极
为苛刻。自20世纪四十年代以来,对航空发动机涡轮叶片用材料,国内外都投入了大量
的人力、物力进行研究,研制出了不同的系列,满足了航空发动机发展的需求。
关键词：涡轮叶片；防腐与维护；K403合金；热处理；显微组织
一、国外概况
航空发动机涡轮叶片用材料最初普遍采用变形高温合金。随着材料研制技术和加工工艺
的发展,铸造高温合金逐渐成为涡轮叶片的候选材料。美国从20世纪50年代后期开始尝
试使用铸造高温合金涡轮叶片,前苏联在60年代中期应用了铸造涡轮叶片,英国于70
年代初采用了铸造涡轮叶片。而航空发动机不断追求高推重比,使得变形高温合金和铸
造高温合金难以满足其越来越高的温度及性能要求,因而国外自70年代以来纷纷开始
研制新型高温合金,先后研制了定向凝固高温合金、单晶高温合金等具有优异高温性能
的新材料;单晶高温合金已经发展到了第3代。80年代,又开始研制了陶瓷叶片材料,
在叶片上开始采用防腐、隔热涂层等技术。
二、中国概况
中国高温合金的研制始于1956年。1957年成功研制出第1种涡轮叶片材料GH4033,
但是,由于当时生产水平较低,工艺未完善,航空发动机制造用材料基本上是从前苏
联进口的。直至60年代初,由于中苏关系恶化,无法从前苏联进口材料,发动机的生产
面临材料短缺。在此情况下,中国相关部门联合开展技术攻关,解决了GH4033、GH4037、
GH4049等材料的生产质量和工艺问题,开始书写了研制中国发动机涡轮叶片用变形高
温合金的新篇章。在变形高温合金成功研制的基础上,中国又相继研制了K403、K405、
K417、K418和K423等一系列等轴晶铸造高温合金,满足了国内航空发动机生产以铸造
代锻造,使导向叶片和涡轮叶片铸造化的要求,并在70年代应用于航空发动机制造。
70年代末,中国开始了定向凝固柱晶高温合金、单晶高温合金、金属间化合物基高温合
金等新材料的研制工作,先后研制成功了DZ4、DZ22、DZ125等定向凝固柱晶高温合金,
DD3、DD4,DD6等单晶高温合金,IC6,IC6A,IC10等金属间化合物基高温合金,并已应
用于中国各型号航空发动机涡轮工作叶片和导向叶片的制造。从表1列出的中国涡轮叶
片用主要材料的概况中看出,航空发动机的发展对涡轮叶片用材料的使用温度提出了
越来越高的要求;中国涡轮叶片用材料也从变形高温合金发展到了单晶高温合金和金
属间化合物基高温合金,其使用温度从700℃提高到了1100℃~1150℃。
表1..中国涡轮叶片用主要材料的概况
序材料牌材料类别用途使用开始应
号号温度用时间
(℃﹚(年代)
1GH2302变形高温合金工作叶片80060
2GH4033变形高温合金工作叶片70060
3GH4037变形高温合金工作叶片85060
4
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