導讀：據(jù)俄羅斯國家技術公司rostec官網(wǎng)近日介紹，該集團旗下的航空發(fā)動機公司UEC通過定向結晶方法“生長”零件的獨特技術，生產(chǎn)了第五代俄羅斯國產(chǎn)航空發(fā)動機PD-14和PD-8的單晶渦輪葉片。

從沖壓到鑄造

為了解釋制造葉片的新方法出現(xiàn)的重要性，讓我們轉向發(fā)動機制造的歷史。

1950年代及更早的第一代噴氣式飛機發(fā)動機的渦輪葉片是通過沖壓制成的。這種葉片可以在航空發(fā)動機中不超過900-1000 K的氣體溫度下運行。

隨著性能更強大的航空發(fā)動機的出現(xiàn)，航空發(fā)動機內的燃氣溫度不斷升高，熱端部件的渦輪葉片開始采用新的合金來增加金屬耐熱性和強度，而這些合金無法再沖壓，因此開始通過鑄造生產(chǎn)葉片。

在這個階段，鑄造渦輪葉片成為航空發(fā)動機制造中的一個新詞。它們在更高的溫度下工作，使用壽命更長。然而，通過這種方法，鑄件結構中會形成多個等軸晶粒。沿著這些垂直于作用離心載荷軸線的晶粒的邊界，可能會出現(xiàn)疲勞失效，從而導致葉片破損。

航空發(fā)動機制造商UEC解決了這個問題，并創(chuàng)造了一種鑄件定向結晶技術。該技術使得從金屬結構中“去除”橫向晶界并生產(chǎn)具有柱狀晶粒的鑄件成為可能，這些晶粒沿著主力載荷的作用而拉長。這種葉片更能抵抗疲勞失效的出現(xiàn)。

全面生長

航空發(fā)動機制造的下一步是生產(chǎn)單晶粒鑄件，這是單晶結構葉片的基礎。

單晶渦輪葉片是迄今為止最耐用且使用壽命最長的。它們可以承受極端溫度：高于2000 K。

制造單晶渦輪葉片的過程稱為“生長”，盡管它與增材技術無關。葉片的定向結構是在特殊的熔煉廠中，通過澆注金屬的鑄模從爐子的熱區(qū)到冷區(qū)緩慢垂直運動而獲得的。同時，金屬發(fā)生結晶和凝固。

為了獲得單晶結構，在鑄造模具的底座上安裝金屬單晶種子。在其表面，當與倒入模具中的金屬接觸時，形成單晶結構。

然后，在將鑄模緩慢移動到爐冷區(qū)的過程中，單晶結構轉移到鑄體上，并沿著葉片的高度生長，即“生長”。

Rostec聯(lián)合發(fā)動機公司的UEC-Saturn采用高速定向結晶的方法。將裝有熔融金屬的鑄造模具從爐子的熱區(qū)移出，同時浸入裝有液冷金屬（鋁）的浴中。這樣，可以更有效地控制鑄造模具中金屬結晶的過程和渦輪葉片單晶結構的形成。

借助這項技術，UEC 企業(yè)生產(chǎn)用于第五代飛機發(fā)動機的單晶渦輪葉片，用于中程飛機MS-14的系列PD-21-310發(fā)動機和用于短途超級噴氣式飛機的最新PD-8發(fā)動機。

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