国家标准计划《粉末真空锻造成型通用要求》由 TC243(全国有色金属标准化技术委员会)归口,TC243SC4(全国有色金属标准化技术委员会粉末冶金分会)执行 ,主管部门为中国有色金属工业协会。
主要起草单位 北京钢研高纳科技股份有限公司 、中国航发湖南动力机械研究所 、株洲万融新材科技有限公司 、清华大学 、中南大学 、四川钢研高纳锻造有限责任公司 、北京三航极材精细制造技术研究院有限公司 。
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| 77.160 粉末冶金 |
近年来,随着“两机”专项研究的大力推动,我国航发、燃机的设计取得了长足进展,但是核心材料、高端器件的产能和成本瓶颈长期存在,尤其是最核心的高温合金粉末涡轮盘。
涡轮盘可谓航空发动机最核心部件,尤其是涡轮盘和叶片在长时间服役过程中,在高温燃气冲刷下维持每分钟数万转的转速,承受着世界上最极端的气动力、热应力以及离心力等工况,要求相关材料及器件材料具有高温强抗变形、抗裂纹扩展能力和优异蠕变疲劳性能,对航空发动机的研制生产起着至关重要的作用。
“十四五”期间,国家“两机”专项研发成果的产业化推广迫在眉睫,相关材料器件“卡脖子”的问题亟待解决。
目前航空发动机涡轮盘生产的主流工艺主要有仿俄的“等离子旋转电极(PREP)+直接热等静压(AS-HIP)”工艺和仿欧美的“氩气雾化制粉+热等静压+挤压+等温锻造”工艺,两种工艺钧具有工艺路线长、产能低、原材料利用率低和所需特种生产装备昂贵等特点,成本居高不下,使得大批量推广应用受限,目前国内只有少数机构具备产品全流程生产能力,极大地限制了我国航空、海洋等产业发展。
一次性金属包套费用高、合金粉末利用率低、脱气装套封焊工序和热等静压工序等因素导致现有工艺的涡轮盘制备成本居高不下。
故在现有工业生产基础上提高生产效率,降低涡轮盘制备成本的需求十分迫切。
粉末真空锻造成型技术是近年来出现的一种全新的粉末高温合金涡轮盘成型技术,其技术内涵在于,在高温高真空条件下采用交变的机械冲击代替高压气体对高温合金粉末进行致密化成型,该技术制备粉末高温合金无需传统的一次性金属包套、昂贵的真空脱气装套封焊设备和热等静压设备、合金粉末利用率近100%,工艺路线短、材料利用率高、生产成本低,可实现航空发动机用涡轮盘盘坯的低成本产业化生产。
目前,欧美研究机构也将此项技术作为粉末高温合金先进制备方法开展跟踪研究,整体水平还落后于我国。
在粉末高温合金涡轮盘研究和生产领域,致密化成型技术对涡轮盘组织和性能具有决定作用,一直是国际范围内研究的前沿和热点。
开创粉末高温合金涡轮盘短流程低成本成型技术,是我国抢占未来军用骨干材料制高点的关键技术,不仅具有重要的科学研究价值,还可提升军事装备自主保障能力而具有显著的军事应用意义。
粉末真空锻造成型一次成型涡轮盘具有明显的成本优势,目前已实现量产,在未来航空发动机领域将推广获得广阔的应用市场。
急需将粉末真空锻造成型工艺标准化,缩短涡轮盘制备技术与国外先进水平的差距,满足国防科技工业对材料的迫切需求,进而支撑未来航空发动机的高质量发展。
本标准重点对粉末真空锻造成型工艺的一般要求、工艺过程、质量控制与检验、设备鉴定和技术资料交付等进行了规定,提升大批量低成本粉末真空锻造成型一次成型涡轮盘工艺稳定性和质量性能一致性,并希望在一定程度上能带领和推动重点领域关键零部件的新工艺开发和新生产设备研制。
标准的适用范围: 本文件规定了粉末真空锻造成型的一般要求、工艺要求、质量控制与检验、设备鉴定和技术资料交付。 本文件适用于金属粉末、陶瓷粉末、硬质合金粉末,其他材料的粉末真空锻造成型也可参照本文件执行。 标准的主要技术内容: 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4 一般要求 4.1 人员 4.2 设备 4.3 原材料 4.4 环境 4.5 安全 4.6 人员防护 4.7 环保 5 工艺过程 5.1 工艺流程图 5.2 工艺参数设置 5.3 成型准备 5.4 成型过程 5.5 外观质量 5.6 特殊要求 5.7 后处理 6 质量控制与检验 6.1 要求 6.2 复检 6.3 过程记录 6.4 文件控制 7 设备鉴定 7.1 温度均匀性 7.2 压力 8 技术资料交付