它是苏联解决叶片精密铸造工艺、提高合金热强度、提高航空发动机使用寿命的一种方法

接上文 冷战伊始,飞机速度提高和载荷增加,苏联研制耐热钢和热强合金

60年代,苏联成功解决了制造航空发动机导向叶片和涡轮叶片的精铸工艺问题,研制出制造浇铸液体金属用熔模和耐热铸型的材料。ЖС6К铸造合金1956年投入批量生产,热强性水平虽然没有超过世界水平,不过含钴量只有其他国家的1/2到1/3,在975度条件下40小时强度达到20公斤/平方毫米。而此后1970年和1975年研制的ЖС6У和ЖС6Ф铸造合金,在975度条件下40小时强度分别达到23和24公斤/平方毫米,各种性能均达到了世界最高水平。精铸方法得到了进一步完善,这为制造喷气发动机空心冷却导向叶片和涡轮工作叶片提供了可能,使涡轮叶片能在高于1500度燃气流温度下可靠工作,因而显著提高了发动机单位推力。

70年代苏联研究出新的定向结晶铸造方法和制造单晶叶片的方法,提高了热强合金的工作可靠性和使用寿命。用这些方法制造的零件(如叶片)与等轴晶粒的零件相比,持久强度提高2-3倍。

当时建立的铸造流水线,从投入定尺寸毛坯到生产出定向结晶叶片成品的全部热加工工序都是自动化的,保证了批生产叶片质量高度稳定,成品合格率达到80-90%。

在解决优质涡轮叶片问题上的一个极其重要的方向是研制塑性热强合金。70年代研制成功并在发动机中获得使用高合金度热强合金有ЭИ929、ЭИ867、ЭП57、ЭП109、ЭП220、ЭП238、ЖС6КП和ЖС6УД等。为了提高工艺塑性,在这些合金成分中加入了10-16%的钴。

当然,苏联在研制涡轮盘用热强合金的也面临了不少困难。1950年在К.И.捷列霍夫领导下研制出ЗИ481号钢在苏联的发动机中获得广泛应用,性能超过其他国家同类钢。制造燃气涡轮发动机涡轮盘用的,不含钴热强合金ЗИ698,以及在这不久前为上述用途研制的ЭП742 (ХН62БМКТЮ)和ЭП741等新合金均具有很高性能。1950年研制的ЭИ481在650度100小时强度35公斤/平方毫米,在750度100小时强度22公斤/平方毫米;1960年研制的ЗИ698在650度100小时强度100公斤/平方毫米,在750度100小时强度65公斤/平方毫米;1971年的ЗП741在650度100小时强度74公斤/平方毫米,在750度100小时强度43公斤/平方毫米;1975年的ВИС122在650度100小时强度110公斤/平方毫米,在750度100小时强度70公斤/平方毫米。

为了解决热强合金试制问题,“电炉钢”厂和“镰刀斧头”厂作出了很大贡献。这两个工厂在60年代就掌握了热强合金棒材、模压件和板材的熔炼和加工工艺流程。

要增加发动机的使用寿命,就需要提高合金的热强性,以减少叶片在高温下长期工作过程中被氧化。为此,制定了一套可显著提高热稳定性高的热强合金渗铝工艺。ЖС6К合金叶片的热稳定性提高了5倍,ЗИ867合金热稳定性增加一倍。

70年代中期开始,由全苏航空材料研究院在苏联和全世界范围内首先研制成功的高性能等离子喷镀用于实际生产。

飞机飞行速度日益增长和要求飞机在各种气象条件都能飞行的要求,对工艺性好的高强度不锈钢提出了更高的要求。40年代末期,在М.Ф.阿列克谢延科领导下研制成功马氏体高强度耐腐蚀热稳不锈钢及过渡级低碳钢。1955年的Х18НТ强度60公斤/平方毫米,1960年的СН-2А(Х16Н6)强度120公斤/平方毫米,1970年的ВНС-5(ЗП10Ш)强度130公斤/平方毫米。

链接-阿列克谢延科

全名米哈伊尔-费多洛维奇-阿列克谢延科(Михаил Федорович Алексеенко)

1905年出生,1931年毕业于基辅理工学院,1932年开始在全苏航空材料研究院工作,1974年获得苏联国家奖金,1983年去世。先后获得1枚十月革命勋章、1枚红星勋章和1枚劳动红旗勋章。

采用最新熔炼法炼制的СН2、СН2А、СН3、ВНС2、ВНС4和ВНС5号钢用于制造蒙皮、飞行器内部构建和承力结构的受力零件。此后,还研制出强度达到180公斤/平方毫米的30ХГСНА号钢,广泛用于承力结构,它与铬锰硅钢区别在于塑性较高。之后,还研制出强度达到200公斤/平方毫米的ЭИ643号钢,用作起落架支柱和零件。全苏航空材料研究院科研人员与锻造冶金厂和伏尔加格勒“红十月”冶金厂工程师们一起用直接还原法制造成功强度为220公斤/平方毫米 КВК42号钢。70年代末期,又研制成功和使用强度240公斤/平方毫米的ВКС240号钢。

全苏航空材料研究院从事的研究工作有:对材料的机械性能及其在冲击和重复交变在和作用下的性状研究,成分、组织和物理化学因素对合金机械性能影响的基本规律确定等。

60年代末期,在С.Т.基什金领导下,已经使一系列无结晶缺陷材料(铁、铜、蓝宝石)达到了理论强度1200公斤/平方毫米,并为利用这种超强度理论研制复合材料指出了方向。

从60年代起,对提高批生产合金和钢的强度方面进行了广泛的研究。由Н.М.斯克里亚洛夫领导研制的结构强度260-280公斤/平方毫米的复合材料,成功通过了生产鉴定。

链接-斯克里亚洛夫

全名尼古拉-米特罗法诺维奇-斯克里亚洛夫(Николай Митрофанович Скляров)1907年9月17日出生,1931-1934年在国家政治保卫局工作,1934年开始直至逝世在全苏(俄)航空材料研究院工作,1950年成为科学技术博士,1957年至1998年任科学系副主任兼材料强度实验室主任,1998年直至逝世任董事,2005年4月16日去世。先后获得1枚列宁勋章、3枚劳动红旗勋章等,先后获得1次列宁奖金、1次苏联国家奖金、1次斯大林奖金、1次俄罗斯联邦国家奖金。

对机械硬化和相硬化的综合强化方法开展了全面研究,其中包括如何以不同方式进行压力加工和热处理,以及如何在保持所需塑性及可靠性的情况下达到提高强度目的。

综合强化方法对提高合金的热强性也是很有效的。70年代初,在Н.Н.科尔涅耶夫领导下,制定了ЭИ961 (13Х11Н2В2МФ)不锈钢和ВТЗ-1钛合金的模压-淬火联合工艺,这在很大程度上提高了压气机叶片在工作温度条件下的强度,从而也提高了发动机寿命。

在飞机结构中使用强度50-60公斤/平方毫米的Al-Zn-Mg系铝合金的设想虽然失败了,但对铝合金的研究并未停止。已知在Al-Zn-Mg系和Al-Zn-Mg-Cu系合金中添加起稳定元素作用的Cr-Mn或Zr,可以提高合金的耐腐蚀性。60年代,在И. Н.弗里德兰德领导下,进行了广泛的研究,结果制成了В95高强度铝合金。这种合金在常温下强度比广泛使用的Д16合金高25%。В95合金的工业试制及其半成品(锻件、模压件、型材、板材及管材等)的批生产工艺的制定,由全苏航空材料研究院科研人员在冶金工厂工程师积极配合下进行的。该合金已经可靠用于现代民航机结构。

链接-弗里德兰德

全名约瑟夫-纳乌莫维奇-弗里德兰德(Иосиф Наумович Фридляндер),1913年9月28日出生,毕业于莫斯科鲍曼国立技术大学,1937年开始在全苏(俄)航空材料研究院工作直至逝世,1958年成为科学技术博士,1976年成为苏联科学院通讯院士,1984年成为苏联科学院院士,1991年成为俄罗斯科学院院士,2009年3月30日去世。先后获得2枚荣誉勋章、1枚劳动红旗勋章、1枚十月革命勋章、1枚三级为祖国服务勋章,先后获得1次列宁奖金、1次斯大林奖金、1次苏联部长会议奖金、1次俄罗斯联邦国家奖金

未完待续

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