PBD鋁酸鈷在航空發(fā)動機渦輪二級轉子葉片上的應用研究

佘玉良 馬紅俐

摘 要：本試驗選取某型號低壓渦輪二級葉片為典型件進行試驗，研究了不同比例PBD鋁酸鈷對鑄件晶粒度、鑄件冶金質量的影響，并與同期采用自制鋁酸鈷制備的葉片毛坯晶粒度、冶金質量情況進行對比。通過對比分析，本試驗發(fā)現采用PBD鋁酸鈷生產的低壓渦輪二級轉子葉片晶粒度細小均勻，優(yōu)于采用自制鋁酸鈷制備的低壓渦輪二級轉子葉片;且采用PBD鋁酸鈷生產的低壓渦輪二級轉子葉片經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，枝晶干尺寸與批產葉片相當。

關鍵詞：PBD鋁酸鈷;晶粒度;顯微疏松;顯微組織

引言

我廠研制生產的低壓渦輪轉子葉片表面細晶涂料液一直采用自制鋁酸鈷細化劑配制，在生產過程中發(fā)現自制細化劑的細化效果不穩(wěn)定。經同行業(yè)調研發(fā)現，表面細晶葉片所使用的細化劑均為PBD鋁酸鈷，其細化效果穩(wěn)定。因此，本試驗擬選取低壓渦輪二級轉子葉片為典型件進行PBD鋁酸鈷細化涂料工藝應用研究。

通過摸索PBD鋁酸鈷對鑄件晶粒度、鑄件冶金質量的影響，并與同期葉片毛坯晶粒度、冶金質量情況進行對比，確定最佳的PBD鋁酸鈷涂料液配制方案和應用效果。

1? 試驗方案

采用PBD鋁酸鈷進行細化劑涂料液的配制，為確定最佳的PBD鋁酸鈷含量，本試驗制定了三種配比方案。本試驗選用的PBD鋁酸鈷技術指標要求（鋁酸鈷技術參數）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。本試驗選用的熔煉設備為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。

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

2? 試驗結果分析

2.1 進口鋁酸鈷細化劑含量的確定

本試驗采用三種方案進行PBD鋁酸鈷細化劑涂料液的配制，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化效果對比分析

本試驗分別采用方案二和自制鋁酸鈷進行細化劑涂料液配制，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，其葉身晶粒細小均勻，晶粒度形貌優(yōu)于采用自制鋁酸鈷的。

2.3結論

本試驗選用三種PBD鋁酸鈷細化劑涂料液方案，通過對比分析，發(fā)現采用方案二（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化劑制備的葉片晶粒度形貌進行對比分析，發(fā)現采用PBD鋁酸鈷的細化效果優(yōu)于自制鋁酸鈷。因此，本試驗選用細化劑含量為10%的PBD鋁酸鈷進行細化劑涂料液的配制，既選用本試驗的方案二進行細化劑涂料液制備。

3? 批量澆注驗證

3.1 冶金質量分析

本試驗為進一步確定方案二的可行性，采用方案二的細化劑涂料液進行模殼制備，并進行了葉片澆注驗證（其余葉片制備參數與批產葉片相同）。最終制備的葉片冶金質量。

主要缺陷為葉身夾渣（占澆注總數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)現熒光疏松缺陷，夾渣相對較少。

3.2 組織分析

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

在該爐批中對IH9-2進行榫頭縱向解剖和靠榫頭轉接R橫向解剖作熒光，經熒光檢驗，該處無疏松顯示，熒光背景效果較好，合格。

4? ?結論

（1）PBD鋁酸鈷的細化效果優(yōu)于自制鋁酸鈷，選用細化劑含量為10%的PBD鋁酸鈷進行細化劑涂料液的配制既可以獲得最佳的晶粒度細化效果又可以節(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′枝晶干尺寸與批產葉片相當，可以在其余低壓渦輪轉子葉片和導向器上進行應用。

參考文獻：

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[2]? 張麗輝 Q/6S3619《XX-發(fā)動機低壓渦輪葉片（表面細晶）精鑄件規(guī)范》（內部）2018年12月

[3] 姜不居? 《熔模鑄造手冊》機械工業(yè)出版社2000.10

[4] 姜不居? 《熔模精密鑄造》機械工業(yè)出版社2004.4

（中國航發(fā)成都發(fā)動機有限公司鑄造廠，四川 成都 610503）