PBD铝酸钴在航空发动机涡轮二级转子叶片上的应用研究

2020-07-05佘玉良马红俐

装备维修技术 2020年26期

佘玉良马红俐

摘要：本试验选取某型号低压涡轮二级叶片为典型件进行试验，研究了不同比例PBD铝酸钴对铸件晶粒度、铸件冶金质量的影响，并与同期采用自制铝酸钴制备的叶片毛坯晶粒度、冶金质量情况进行对比。通过对比分析，本试验发现采用PBD铝酸钴生产的低压涡轮二级转子叶片晶粒度细小均匀，优于采用自制铝酸钴制备的低压涡轮二级转子叶片;且采用PBD铝酸钴生产的低压涡轮二级转子叶片经真空固溶热处理后显微疏松合格，显微组织γ′枝晶干尺寸在350nm～409nm，枝晶干尺寸与批产叶片相当。

关键词：PBD铝酸钴;晶粒度;显微疏松;显微组织

引言

我厂研制生产的低压涡轮转子叶片表面细晶涂料液一直采用自制铝酸钴细化剂配制，在生产过程中发现自制细化剂的细化效果不稳定。经同行业调研发现，表面细晶叶片所使用的细化剂均为PBD铝酸钴，其细化效果稳定。因此，本试验拟选取低压涡轮二级转子叶片为典型件进行PBD铝酸钴细化涂料工艺应用研究。

通过摸索PBD铝酸钴对铸件晶粒度、铸件冶金质量的影响，并与同期叶片毛坯晶粒度、冶金质量情况进行对比，确定最佳的PBD铝酸钴涂料液配制方案和应用效果。

1 试验方案

采用PBD鋁酸钴进行细化剂涂料液的配制，为确定最佳的PBD铝酸钴含量，本试验制定了三种配比方案。本试验选用的PBD铝酸钴技术指标要求（铝酸钴技术参数）为：氧化钴（CoO）含量大约为39%～42%、PH值：9～11、比重：4.2～4.5、中位粒径D50，μm ：<10。本试验选用的熔炼设备为VIM-50E三室真空炉，选用的母合金为K465，其成分为：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。

本试验主要通过观察制备的叶片晶粒度，来判断三种细化剂涂料液的优劣，最终确定最佳的PBD铝酸钴含量。本试验观察叶片晶粒度步骤为：浇注→抛修→采用毡轮精抛→采用细喷砂→叶片晶粒度腐蚀→观察晶粒度。

2 试验结果分析

2.1 进口铝酸钴细化剂含量的确定

本试验采用三种方案进行PBD铝酸钴细化剂涂料液的配制，三种方案的模壳制备工艺、熔炼浇注工艺均相同，最终浇注后的叶片晶粒度，三种方案制备的叶片晶粒度均满足技术条件要求，采用方案二和方案三制备的叶片晶粒度效果相同，并均优于方案一制备的叶片晶粒度，因此，从节约成本既节约PBD铝酸钴用量的角度考虑，方案二（90%刚玉粉+10%铝酸钴）为最佳选择。三种方案制备的叶片晶粒度形貌。

2.2 PBD铝酸钴与自制铝酸钴的细化效果对比分析

本试验分别采用方案二和自制铝酸钴进行细化剂涂料液配制，其余铸造工艺如模壳制备、浇注系统、熔炼浇注参数均相同，制备的叶片晶粒度形貌（晶粒度形貌为整体抛修到最大壁厚下限状态时的）。虽然两种状态的叶身晶粒度均合格，但是采用PBD铝酸钴制备的叶片，其叶身晶粒细小均匀，晶粒度形貌优于采用自制铝酸钴的。

2.3结论

本试验选用三种PBD铝酸钴细化剂涂料液方案，通过对比分析，发现采用方案二（90%刚玉粉+10%铝酸钴）制备的叶片晶粒度形貌最好，且节约成本;通过方案二与采用自制细化剂制备的叶片晶粒度形貌进行对比分析，发现采用PBD铝酸钴的细化效果优于自制铝酸钴。因此，本试验选用细化剂含量为10%的PBD铝酸钴进行细化剂涂料液的配制，既选用本试验的方案二进行细化剂涂料液制备。

3 批量浇注验证

3.1 冶金质量分析

本试验为进一步确定方案二的可行性，采用方案二的细化剂涂料液进行模壳制备，并进行了叶片浇注验证（其余叶片制备参数与批产叶片相同）。最终制备的叶片冶金质量。

主要缺陷为叶身夹渣（占浇注总数27.08%）、排气边存在欠鋳（5.21%）。略高于同期叶片铸件合格率，且未发现荧光疏松缺陷，夹渣相对较少。

3.2 组织分析

显微疏松各截面均<0.5%，满足技术条件要求;固溶态枝晶干γˊ大小在350～409nm，枝晶干平均尺寸为391.33nm。与批产枝晶干大小相当（显微组织γ′枝晶干尺寸在261～507nm）。

在该炉批中对IH9-2进行榫头纵向解剖和靠榫头转接R横向解剖作荧光，经荧光检验，该处无疏松显示，荧光背景效果较好，合格。

4 结论

（1）PBD铝酸钴的细化效果优于自制铝酸钴，选用细化剂含量为10%的PBD铝酸钴进行细化剂涂料液的配制既可以获得最佳的晶粒度细化效果又可以节约成本。

（2）采用PBD铝酸钴（含量为10%）制备的叶片，真空固溶热处理后显微疏松合格，显微组织γ′枝晶干尺寸与批产叶片相当，可以在其余低压涡轮转子叶片和导向器上进行应用。

参考文献：

[1] DR2012-44某原型机材料与工艺分析研究《Ⅳ级涡轮工作叶片分析》（内部），2012年4月