山东省铸造协会
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& & & & & & & & &&1 我国铸造行业发展现状与面临的主要问题
& & & & & & & & & & & &（铸造行业十三五发展规划之一）
1.1 行业现状
& & 1.1.1 铸件产量持续增长,增速放缓
& 2014年我国铸件总产量达4620万吨,已连续15年居世界首位。 &十一五&期间，我国铸件产量平均增速为10.2%；进入&十二五&期间，受下游行业铸件需求不振，以及科学技术的进步和产品轻量化等的影响，年平均增速降至3.9%（见表1）。
& & & & &表1 我国年铸件产量及增长率
&1.1.2 企业平均规模逐步增大，产业集中度提高
& 铸造企业平均规模逐步增大，企业平均年产量从2010年的1320吨增长至2014年的1777吨，企业平均规模逐年增加，但仍远低于工业发达国家（见表2）。进入&十二五&中后期，随着铸造行业准入制度的深入实施，我国铸造企业总数量呈逐年下降趋势，目前铸造企业数量约2.6万家，其中排名前4500家规模企业铸件产量占总产量的70%以上，产业集中度不断提高。
& & & & 表2 &2014年世界主要铸件生产国企业平均年产量
1.1.3 铸件材质结构进一步优化
&为适应下游主机市场的需求，我国铸件的材质结构进一步优化，其中球墨铸铁件、铝合金铸件产量占比逐步增长（见表3）。
& & & & & 表3 我国铸件材质结构的变化趋势
&1.1.4 铸件质量稳步提高
& 随着我国铸造企业工艺技术、装备水平的提升，我国铸件产品质量稳步提高。特别是在汽车、内燃机、机床、发电设备及电力、轨道交通等工业领域，形成了一批质量水平较高的规模化、专业化铸造企业。关键铸件自主制造能力得到进一步提升，一些铸件的尺寸精度、表面质量以及内在品质等指标达到了国际先进水平，铸件出口档次有较大提高。
目前，国内具备一定生产规模的铸造企业多数已建立了较完善的质量管理体系并通过了相关管理体系认证，铸造企业的整体质量管理水平有了较大提高。
1.1.5 铸造企业装备技术水平有较大提高
& 近年来，我国规模铸造企业在新项目建设和技术改造过程中，普遍对铸造装备进行了较大的投入。很多企业都采用了高效、节能的熔炼设备，以及粘土砂自动化造型线、大型自硬树脂砂生产线、先进铝合金高/低压等铸造设备。目前少数国内规模铸造企业的整体装备水平已与国外工业发达国家水平相当。这些企业凭借先进的工艺技术和装备，支撑着国内主机和重大技术装备关键铸件制造，成为汽车、能源（核电、风电、水电、火电）、轨道交通等领域关键铸件国产化自主制造能力的重要力量，并具备了国际市场竞争能力。
& 与生产工艺配套和产品质量保障要求相适应的铸造检测水平也有很大提高，化学成分直读光谱分析仪、无损检测设备等应用越来越普遍，在线动态检测技术在铸造生产中逐渐得到推广应用。
1.1.6 铸造用原辅材料生产专业化程度大幅度提高
& 我国铸件生产规模巨大，需要大量的铸造原辅材料供应和保障。经过多年的快速发展，我国铸造原辅材料企业专业化程度越来越高，形成了一批铸造用生铁、铸造焦、铸造原砂、粘结剂等原辅材料生产基地，部分企业产品具备了国际先进水平，并在国际市场占有一定的份额。
1.1.7 国产铸造设备和模具的制造水平有显著提升
& 适应国内铸造企业的发展需求，我国铸造装备制造水平有了快速发展。通过引进、合作、消化国外先进铸造装备以及加大自主研发投入，我国形成一批具备自主研发能力的铸造装备制造企业，部分企业所制造的装备达到了国际先进水平，在满足国内铸造企业需求的同时，也出口到国际市场。
& 我国铸件生产的巨大规模也带动了铸造模具制造业的快速发展，国产铸造模具在复杂结构设计、尺寸精度保证等方面都有了很大的提升。国产铸造模具已基本能够满足国内铸造企业需要，并形成了一批铸造模具专业化制造企业。
1.1.8 &绿色铸造&可持续发展理念得到强化
& &十二五&期间，我国铸造企业在节能装备、环保及安全防护设施上的投入明显高于&十一五&期间的投入。低碳生产、提质增效、节能减排、职业健康与安全等&绿色铸造&理念在铸造行业日益得到强化，铸造企业废（旧）砂再生循环利用比例逐年提高，我国铸造行业已出现了一批绿色铸造示范企业。
&1.1.9 &产业布局更趋合理
& 铸造行业在要素市场驱动下产业布局更趋合理，在资源环境约束和人力成本上升的背景下，我国铸造产业向中西部地区梯度转移正在加速，铸造产业集群（园区）和基地的建设得到了较快的发展。
1.2 面临的主要问题
1.2.1 铸造行业仍然存在大量落后产能
& 尽管目前我国铸造企业数量呈下降趋势，但仍有2.6万余家之多，企业之间的发展严重不平衡，落后产能大量存在。超过1万家铸造企业仍在采用落后的生产工艺和设备，污染物排放、能耗、物耗等技术经济指标远高于铸造行业的平均水平，相当数量的铸造企业在环保方面甚至未配置最基本的污染治理设施，大气污染物处于无组织排放状态，这些落后产能的企业不惜以浪费资源、牺牲环境、危害员工健康安全为代价，采用质量差、价格低等恶性竞争手段干扰了铸造行业的正常市场秩序，严重影响了我国铸造行业的健康发展。
1.2.2 多数领域产能过剩加剧
& 近年来，我国铸造企业的装备整体水平有了较大提升，一些规模企业采用了机械化、自动化铸造生产线等先进装备，显著提高了生产效率，国家工信部已经认定的三批近2000家铸造准入企业，其2014年铸件产量已经占全国铸件总产量的55%以上。另外各地区新建、扩（改）建铸造项目很多，新增了很多产能；一些地区盲目投资、重复建设仍时有发生，更加剧了同质化恶性竞争。当前，整个铸造行业多数领域产能已严重过剩，目前行业内自动造型线的开动率不足60%，在产品领域不仅是中低端铸件，一些中高端铸件（如汽车、农机、能源、机床、工程机械铸件等）的产能过剩也相当严重；同时大量落后产能的存在更加剧了市场无序竞争。
1.2.3 少数领域关键铸件尚不能满足主机要求
长期以来，我国铸造企业整体研发投入强度普遍偏低，以企业为主体、市场为导向、产学研用相结合的技术创新体系尚未形成。加之，我国科技创新能力整体不强，科技与经济结合不紧密，科研院所企业化改制后，产业共性技术研究更加薄弱，原创性技术创新不足，涉及铸造的生产性服务领域发展严重滞后。科技人才队伍和创新体系整体效能有待进一步提高，创新环境和生态有待进一步优化。致使在多数领域铸造产能过剩的情况下，一些高端关键铸件（如高压大流量液压件、燃气轮机单晶叶片、核乏燃料储运容器等）仍不能满足国内主机和重大技术装备的质量要求，成为高端装备制造业发展的瓶颈。
1.2.4 质量和品牌的意识不强
& 我国铸件产品质量的稳定性和一致性等与工业发达国家有较大差距，铸件综合废品率偏高。我国铸件产量已经占到世界铸件产量的40%以上，但具有全球影响力的跨国公司、品牌企业和名牌产品明显不足，对质量和品牌的重视程度远远不足，同时我国铸造产业的国际化程度较低。
1.2.5 粗放式发展方式没有根本转变
& &十二五&期间，我国铸造企业发展取得了较大进步，行业内形成了一批规模化、专业化的骨干铸造企业，这些企业在生产经营管理、产品质量控制等方面确实有了很大提升，开始从注重规模和速度向注重质量、效益方向转变。但全行业整体上仍处于粗放式发展方式，高投入、高消耗、高污染、低产出、低效益特征明显，特别在节能减排和污染治理等方面重视程度不够，投入不足，吨铸件综合能耗同等条件下为工业发达国家的约1.6倍，废砂等固体废弃物再生循环利用率低（废砂年排放量超过2000万吨），行业环保治理设施投入不足，很多企业烟（粉）尘等污染物排放超标，生产现场职业健康与安全防护措施不健全。近年来，我国铸造产业集群建设有了快速发展，但整体发展水平不高，产业集群集聚度较低，产业长期粗放式发展形成大量落后产能，多数领域产能过剩和部分高端铸件不能满足市场需求并存，铸造产业结构调整与转型升级任重道远。
1.2.6 铸造行业标准体系不适应市场经济运行下的需求
& 随着铸造行业产业结构调整与转型升级的不断深入，现有铸造标准体系凸显出其设置配套不完善、覆盖领域局限等缺陷，跟不上铸造行业快速发展的步伐，远不能适应当今国内外瞬息万变的市场竞争需求，未能体现为新型和中高端产品开发、延伸产业链提供技术支撑的基本效力。由此产生的标准缺失、制订周期长、标龄长、各级标准体系不完整和不一致等现状，严重地制约了铸造产业转型升级和创新发展。
1.2.7 职业教育与培训体制不适应行业发展的需要
& 目前，铸造企业操作人员整体素质和技能水平偏低，复合型管理人才和工程技术人才严重缺乏，多数企业既缺少也不愿实施必要的工厂教育和培训，行业人才总量少、分布不均。现有学历教育体系、职业资格认定体系和人才培养模式均无法适应铸造行业发展对各类人才的需求，且铸造行业对人才吸引力不足，致使铸造行业人才匮乏现象仍未见缓解。
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邮编：250013讲一讲航空发动机单晶叶片的制造传奇!
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讲一讲航空发动机单晶叶片的制造传奇!
随着社会的不断发展，飞行器的性能正日新月异提升，航空发动机作为飞行器的核心，在现代航空飞行器的发展中扮演的角色也越来越重要。航空发动机和地面燃气轮机被誉为现代工业的“皇冠”, 是国家综合实力的重要标志之一。提高航空发动机的性能就必须提升其关键部件——涡轮叶片的性能。涡轮叶片由于处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位而被列为第一关键件，并被誉为“皇冠上的明珠”。&概述涡轮叶片也称动叶片，是涡轮发动机中工作条件最恶劣的部件，又是最重要的转动部件。在航空发动机热端部件中，涡轮叶片承受发动机起动、停车循环的高温燃气冲刷、温度交变，转子叶片受高转速下的离心力作用，要求材料在高温下具有一定蠕变强度、热机械疲劳强度、抗硫化介质腐蚀等。先进航空发动机的燃气进口温度达1380℃，推力达226KN。涡轮叶片承受气动力和离心力的作用，叶片部分承受拉应力大约140MPa；叶根部分承受平均应力为280~560MPa,相应的叶身承受温度为650~980℃，叶根部分约为760℃。涡轮叶片的性能水平(特别是承温能力)成为一种型号发动机先进程度的重要标志,从某种意义上说，未来发动机叶片的铸造工艺直接决定了发动机的性能 ,也是一个国家航空工业水平的显著标志。因此，涡轮叶片材料要具有足够的高温拉伸强度、持久强度和蠕变强度，要有良好的疲劳强度及抗氧化、耐燃气腐蚀性能和适当的塑性。此外，还要求长期组织稳定性、良好的抗冲击强度、可铸性及较低的密度。&燃机功率的不断提高,是靠提高透平进气温度来实现的, 需要采用承温能力愈来愈高的先进叶片。除了高温条件,热端叶片的工作环境还处在高压、高负荷、高震动、高腐蚀的极端状态, 因而要求叶片具有极高的综合性能,这就需要叶片采用特殊的合金材料(高温合金),利用特殊的制造工艺(精密铸造加定向凝固)制成特殊的基体组织(单晶组织), 才能最大可能地满足需要。复杂单晶空心涡轮叶片已经成为当前高推重比发动机的核心技术,正是先进单晶合金材料的研究使用和双层壁超气冷单晶叶片制造技术的出现, 使单晶制备技术在当今最先进的军用和商用航空发动机发挥关键作用。目前, 单晶叶片不仅早已安装在所有先进航空发动机上,也越来也多地用在了重型燃气轮机上。 & &&& &&& & & &&发展历史20世纪60年代中期，美国PW公司的F.L.Varsnyder及同事们发明了高温合金定向凝固技术，使合金的晶粒沿热流流失方向定向排列，基本消除垂直于应力轴的薄弱的横向晶界，这使铸造合金的力学性能又上一个新台阶。70～80年代，又由铸造的多品结构发展为定向结晶结构，现在已实现能将整个叶片铸成一个晶体，即单晶叶片，单晶叶片铸件的理想组织是叶根、叶身和叶冠，都由毫无缺陷的多相单晶体组成。这种改进不仅可提高叶片的耐高温性能，还能延长叶片在高温条件下的工作寿命。&& & & & & & & & &涡轮叶片合金的承温能力20世纪70年代，美国首先用在军用发动机上，然后在民用飞机上使用PWA1422定向叶片，到80年代又在F100发动机上使用PWA1480单晶叶片.从此，定向和单晶叶片成为各类先进发动机的重要特色，定向凝固技术的发展使铸造高温合金承温能力大幅度提高.80年代后发动机推重比由8提高至10，涡轮叶片开始用第一代单晶高温合金PWA1480和RenéN4等。随后采用第二代单晶合金PWA1484，在1100℃、100h持久强度达140MPa。20世纪90年代后研制第三代单晶合金有RenéN6、CMRX-10、添加铼(5%～7%)或钨和钽等元素，提高合金的熔点、初熔温度、使用温度。研究表明，第3代单晶高温合金CMSX-10比第 2 代单晶合金CMSX-4 具有十分明显的蠕变强度优势。通过叶片内孔冷却 (≥ 400℃)和表面隔热涂层(≥150℃)，从而使涡轮前温度达到1650℃。导向叶片用金属间化合物合金在1200℃，100h持久强度达100MPa。1550℃以下陶瓷复合材料及1650℃以上C/C 复合材料是涡轮叶片和导向叶片的后继材料。&英国RR公司近年研制的第四代单晶合金RR3010的承温能力比定向柱晶合金约高100℃。目前几乎所有先进航空发动机都以采用单晶叶片为特色,正在研制中的推重比为10的发动机F119(美),F120(美),GE90(美)，M88-2(法),P2000(俄)以及其他新型发动机都采用单晶高温合金制作涡轮叶片。美国的Howmet公司、GE公司、PCC公司、Allison公司以及英国RR公司,法国的CNECMA公司,俄罗斯的SALUT发动机制造厂等厂商均大量生产单晶零件,品种包括涡轮叶片、导向叶片、叶片内外环、喷嘴扇形段、封严块、燃油喷嘴等,用于军用和商用飞机、坦克、舰船、工业燃气轮机、导弹、火箭、航天飞机等。&涡轮叶片制造技术涡轮叶片的发展经历了细晶强化、定向凝固和铸造单晶三个阶段。&&半个多世纪以来，涡轮叶片的承温能力从上世纪 40 年代的 750℃提高到了 90 年代的 1500℃左右再到目前的2000℃左右。而镍基高温合金单晶叶片与定向凝固叶片相比可提高工作温度 25℃~50℃，而每提高 25℃从工作效率的角度来说就相当于提高叶片工作寿命 3 倍之多。应该说，这一巨大成就是叶片合金、铸造工艺、叶片设计和加工以及表面涂层各方面共同发展所做出的共同贡献。& &&现代航空发动机涡轮前温度大大提升，F119 发动机涡轮前温度高达 K，传统工艺铸造的涡轮叶片根本无法承受如此高的温度，甚至会被熔化，无法有效地工作。单晶涡轮叶片成功解决了推重比 10 一级发动机涡轮叶片耐高温的问题，单晶涡轮叶片优异的耐高温性能主要取决于整个叶片只有一个晶体，从而消除了等轴晶和定向结晶叶片多晶体结构造成晶界间在高温性能方面的缺陷。&单晶叶片的凝固缺陷单晶涡轮叶片是目前航空发动机所有零件中制造工序最多、周期最长、合格率最低、国外封锁和垄断最为严格的发动机零件。制造单晶涡轮叶片的工序包括压芯、修芯、型芯烧结、型芯检验、型芯与外型模具的匹配、蜡模压注、蜡模X 光检验、蜡模壁厚检测、蜡模修整、蜡模组合、引晶系统系统及浇冒口组合、涂料撤砂、壳型干燥、壳型脱蜡、壳型焙烧、叶片浇注、单晶凝固、清壳吹砂、初检、荧光检查、脱芯、打磨、弦宽测量、叶片X 光检查、X 光底片检查、型面检查、精修叶片、叶片壁厚检测、终检等制造环节。除此之外，还必须完成涡轮叶片精铸模具设计和制造工作。& & & & & & & & & &&砂尘冲蚀测试叶片三维数据型面检测高温合金单晶化工艺从加工工艺上来分，高温合金有变形、铸造和粉末高温合金。从上世纪 40年代起至今，铸造高温合金有了很大的发展。包括镍基和钴基合金，经常使用的合金不下几十种。为了满足实际生产的需要和充分发挥铸造合金的综合性能，采用了一些措施来控制晶粒度、改善枝晶偏析和冶金缺陷。各种涡轮工作叶片的晶体结构&高温合金单晶化的方法通常分为液相法，气相法，和固相法三种。概括起来就是控制形核和抑制生长。为了使铸件单晶化，必须严格控制凝固时间的温度梯度。1）液相法液相法是从液体中结晶出单晶体的方法。基本原理是设法使液体结晶时只有一个晶核形成并长大，它可以是事先制备好的籽晶（小尺寸单晶），也可以是在液体中析出的晶核。液体可以是水溶液，但更多的是高温下的熔体。其中垂直提拉法是制备大尺寸单晶硅（重达十几公斤）的主要方法。先将材料放入坩埚熔化，将籽晶放在籽晶杆上，下降到与熔体接触，然后使坩埚温度缓慢下降，并向上旋转提拉籽晶杆，这样液体以籽晶为核心不断长大，形成单晶体。为保证材料纯度，避免非均匀形核，全部操作应在真空或惰性气体保护下进行。&另一种方法是尖端形核法，其原理是将材料放入具有尖底的容器中熔化，然后使容器从加热炉中缓慢退出，让尖端部分先冷却，形成第一个晶核，并不断长大，形成单晶体。& & & & &&&尖端形核法示意图2）选晶法选晶法的原理是具有狭窄截面的选晶器只允许一个品粒长出它的顶部,然后这个晶粒长满整个铸型型腔,从而得到整体只有一个晶粒的单晶部件。选晶法是单晶高温合金叶片制备中最基本的工艺方法,选晶行为对单晶凝固组织以及单晶缺陷的形成有重要影响,最终作用于合金的力学性能。通常把常见的单晶选晶器归纳为 4 种类型: 转折型、倾斜型、尺度限制型(缩颈选晶器)和螺旋型。螺旋型选晶器是目前应用最广泛也是最成功的选晶器类型。& & & &&&3）籽晶法&制取单晶的另一种方法是籽晶法材料和要铸造部件相同的籽晶安放在模壳的最底端,它是金属和水冷却铜板接触的唯一部分。具有一定过热的熔融金属液在籽晶的上部流过,使籽晶部分熔化,这就避免了由于籽晶表面不连续或加工后的残余应力引发的再结晶所造成的等轴晶形核。同时，过热熔融金属的热量把模壳温度升高到了合金的熔点以上,防止了在模壳壁上形成新的晶粒。金属熔液就从剩余的籽晶部分发生外延生长,凝固成三维取向和籽晶相同的单晶体。&& & & & & &4）气相法直接从气体中凝固或利用气相化学反应制备单晶体的方法。包括升华法（如硫化镉和硫化锌单晶）、气相反应法（如氧化锌、氮化铝和氮化钒单晶）、气相分解法（如低价氧化物和金属单晶）、气相外延法（如砷化镓、磷化镓、砷化铟和磷化铟单晶）。&& & & & &&化学气相沉积合成石墨烯应用差距&&国内外各时期典型叶片材料的使用温度对比 & & & & & &罗.罗公司的Trent800发动机的涡轮叶片使用第三代单晶合金CMSX-10制造，工作温度达1204℃。我国第一代单晶合金为DD3，于20世纪90年代用于航空发动机涡轮叶片，该合金相当于美国第一代单晶合金PWA1480。我国第二代单晶合金DD6也用于航空发动机涡轮叶片。&目前先进的燃气涡轮发动机几乎都采用单晶铸造合金叶片。单晶高温合金是迄今在先进发动机中用作涡轮叶片的重要材料，承受着最苛刻的工作条件，从F100-PW-220发动机用于PWA1480第一代单晶合金到EJ200和F119采用的RR3000和CMXS10的第三代单晶，使涡轮进口温度提高了80℃，接近材料的初熔温度。美国普惠公司建立了单晶叶片生产线，年产量达9万片。据统计，现在至少有六种军用机和民航机使用了单晶铸造叶片，工作时数达960万h，这些飞机包括F-16、波音767、空客A310、AH-1T直升机、米格-29、苏-27等。单晶涡轮叶片，目前世界上只有美国、俄罗斯、英国、法国、中国等少数几个国家能够制造。近年来，国内在单晶涡轮叶片制造中也取得了较大的进步，研制并批量生产了高功重比涡轴发动机单晶涡轮叶片。 &&&展望未来20世纪70年代以来,各国都对其他系列的高温材料进行过大量的研究,但是,迄今还没有一类材料能像铸造高温合金这样具有良好的综合性能。在本世纪,通过优化的合金设计,再加上定向工艺的继续进步,将研究出超过现有合金强度和承温能力的单晶高温合金。在本世纪的相当长时期内,单晶合金仍将是燃气涡轮发动机最重要的材料。目前正在大力开发陶瓷等新材料、新技术，估计在不远的将来，新的、性能更好的、采用陶瓷材料制造的涡轮工作叶片及用其他新技术装备起来的航空发动机可望投入使用，到那时军、民用飞机的性能必将有大幅度的提高。
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讲一讲航空发动机单晶叶片的制造传奇随着社会的不断发展，飞行器的性能正日新月异提升，航空发动机作为飞行器的核心，在现代航空飞行器的发展中扮演的角色也越来越重要。航空发动机和地面燃气轮机被誉为现代工业的“皇冠”, 是国家综合实力的重要标志之一。提高航空发动机的性能就必须提升其关键部件——涡轮叶片的性能。涡轮叶片由于处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位而被列为第一关键件，并被誉为“皇冠上的明珠”。涡轮叶片也称动叶片，是涡轮发动机中工作条件最恶劣的部件，又是最重要的转动部件。在航空发动机热端部件中，涡轮叶片承受发动机起动、停车循环的高温燃气冲刷、温度交变，转子叶片受高转速下的离心力作用，要求材料在高温下具有一定蠕变强度、热机械疲劳强度、抗硫化介质腐蚀等。先进航空发动机的燃气进口温度达1380℃，推力达226KN。涡轮叶片承受气动力和离心力的作用，叶片部分承受拉应力大约140MPa；叶根部分承受平均应力为280~560MPa,相应的叶身承受温度为650~980℃，叶根部分约为760℃。涡轮叶片的性能水平(特别是承温能力)成为一种型号发动机先进程度的重要标志,从某种意义上说，未来发动机叶片的铸造工艺直接决定了发动机的性能 ,也是一个国家航空工业水平的显著标志。因此，涡轮叶片材料要具有足够的高温拉伸强度、持久强度和蠕变强度，要有良好的疲劳强度及抗氧化、耐燃气腐蚀性能和适当的塑性。此外，还要求长期组织稳定性、良好的抗冲击强度、可铸性及较低的密度。燃机功率的不断提高,是靠提高透平进气温度来实现的, 需要采用承温能力愈来愈高的先进叶片。除了高温条件,热端叶片的工作环境还处在高压、高负荷、高震动、高腐蚀的极端状态, 因而要求叶片具有极高的综合性能,这就需要叶片采用特殊的合金材料(高温合金),利用特殊的制造工艺(精密铸造加定向凝固)制成特殊的基体组织(单晶组织), 才能最大可能地满足需要。复杂单晶空心涡轮叶片已经成为当前高推重比发动机的核心技术,正是先进单晶合金材料的研究使用和双层壁超气冷单晶叶片制造技术的出现, 使单晶制备技术在当今最先进的军用和商用航空发动机发挥关键作用。目前, 单晶叶片不仅早已安装在所有先进航空发动机上,也越来也多地用在了重型燃气轮机上。20世纪60年代中期，美国PW公司的F.L.Varsnyder及同事们发明了高温合金定向凝固技术，使合金的晶粒沿热流流失方向定向排列，基本消除垂直于应力轴的弱的横向晶界，这使铸造合金的力学性能又上一个新台阶。70～80年代，又由铸造的多品结构发展为定向结晶结构，现在已实现能将整个叶片铸成一个晶体，即单晶叶片，单晶叶片铸件的理想组织是叶根、叶身和叶冠，都由毫无缺陷的多相单晶体组成。这种改进不仅可提高叶片的耐高温性能，还能延长叶片在高温条件下的工作寿命。20世纪70年代，美国首先用在军用发动机上，然后在民用飞机上使用PWA1422定向叶片，到80年代又在F100发动机上使用PWA1480单晶叶片.从此，定向和单晶叶片成为各类先进发动机的重要特色，定向凝固技术的发展使铸造高温合金承温能力大幅度提高.80年代后发动机推重比由8提高至10，涡轮叶片开始用第一代单晶高温合金PWA1480和RenéN4等。随后采用第二代单晶合金PWA1484，在1100℃、100h持久强度达140MPa。20世纪90年代后研制第三代单晶合金有RenéN6、CMRX-10、添加铼(5%～7%)或钨和钽等元素，提高合金的熔点、初熔温度、使用温度。研究表明，第3代单晶高温合金CMSX-10比第 2 代单晶合金CMSX-4 具有十分明显的蠕变强度优势。通过叶片内孔冷却 (≥ 400℃)和表面隔热涂层(≥150℃)，从而使涡轮前温度达到1650℃。导向叶片用金属间化合物合金在1200℃，100h持久强度达100MPa。1550℃以下陶瓷复合材料及1650℃以上C/C 复合材料是涡轮叶片和导向叶片的后继材料。英国RR公司近年研制的第四代单晶合金RR3010的承温能力比定向柱晶合金约高100℃。目前几乎所有先进航空发动机都以采用单晶叶片为特色,正在研制中的推重比为10的发动机F119(美),F120(美),GE90(美)，M88-2(法),P2000(俄)以及其他新型发动机都采用单晶高温合金制作涡轮叶片。美国的Howmet公司、GE公司、PCC公司、Allison公司以及英国RR公司,法国的CNECMA公司,俄罗斯的SALUT发动机制造厂等厂商均大量生产单晶零件,品种包括涡轮叶片、导向叶片、叶片内外环、喷嘴扇形段、封严块、燃油喷嘴等,用于军用和商用飞机、坦克、舰船、工业燃气轮机、导弹、火箭、航天飞机等。涡轮叶片的发展经历了细晶强化、定向凝固和铸造单晶三个阶段。半个多世纪以来，涡轮叶片的承温能力从上世纪 40 年代的 750℃提高到了 90 年代的 1500℃左右再到目前的2000℃左右。而镍基高温合金单晶叶片与定向凝固叶片相比可提高工作温度 25℃~50℃，而每提高 25℃从工作效率的角度来说就相当于提高叶片工作寿命 3 倍之多。应该说，这一巨大成就是叶片合金、铸造工艺、叶片设计和加工以及表面涂层各方面共同发展所做出的共同贡献。现代航空发动机涡轮前温度大大提升，F119 发动机涡轮前温度高达 K，传统工艺铸造的涡轮叶片根本无法承受如此高的温度，甚至会被熔化，无法有效地工作。单晶涡轮叶片成功解决了推重比 10 一级发动机涡轮叶片耐高温的问题，单晶涡轮叶片优异的耐高温性能主要取决于整个叶片只有一个晶体，从而消除了等轴晶和定向结晶叶片多晶体结构造成晶界间在高温性能方面的缺陷。单晶涡轮叶片是目前航空发动机所有零件中制造工序最多、周期最长、合格率最低、国外封锁和垄断最为严格的发动机零件。制造单晶涡轮叶片的工序包括压芯、修芯、型芯烧结、型芯检验、型芯与外型模具的匹配、蜡模压注、蜡模X 光检验、蜡模壁厚检测、蜡模修整、蜡模组合、引晶系统系统及浇冒口组合、涂料撤砂、壳型干燥、壳型脱蜡、壳型焙烧、叶片浇注、单晶凝固、清壳吹砂、初检、荧光检查、脱芯、打磨、弦宽测量、叶片X 光检查、X 光底片检查、型面检查、精修叶片、叶片壁厚检测、终检等制造环节。除此之外，还必须完成涡轮叶片精铸模具设计和制造工作。从加工工艺上来分，高温合金有变形、铸造和粉末高温合金。从上世纪 40年代起至今，铸造高温合金有了很大的发展。包括镍基和钴基合金，经常使用的合金不下几十种。为了满足实际生产的需要和充分发挥铸造合金的综合性能，采用了一些措施来控制晶粒度、改善枝晶偏析和冶金缺陷。高温合金单晶化的方法通常分为液相法，气相法，和固相法三种。概括起来就是控制形核和抑制生长。为了使铸件单晶化，必须严格控制凝固时间的温度梯度。1）液相法液相法是从液体中结晶出单晶体的方法。基本原理是设法使液体结晶时只有一个晶核形成并长大，它可以是事先制备好的籽晶（小尺寸单晶），也可以是在液体中析出的晶核。液体可以是水溶液，但更多的是高温下的熔体。其中垂直提拉法是制备大尺寸单晶硅（重达十几公斤）的主要方法。先将材料放入坩埚熔化，将籽晶放在籽晶杆上，下降到与熔体接触，然后使坩埚温度缓慢下降，并向上旋转提拉籽晶杆，这样液体以籽晶为核心不断长大，形成单晶体。为保证材料纯度，避免非均匀形核，全部操作应在真空或惰性气体保护下进行。另一种方法是尖端形核法，其原理是将材料放入具有尖底的容器中熔化，然后使容器从加热炉中缓慢退出，让尖端部分先冷却，形成第一个晶核，并不断长大，形成单晶体。2）选晶法选晶法的原理是具有狭窄截面的选晶器只允许一个品粒长出它的顶部,然后这个晶粒长满整个铸型型腔,从而得到整体只有一个晶粒的单晶部件。选晶法是单晶高温合金叶片制备中最基本的工艺方法,选晶行为对单晶凝固组织以及单晶缺陷的形成有重要影响,最终作用于合金的力学性能。通常把常见的单晶选晶器归纳为 4 种类型: 转折型、倾斜型、尺度限制型(缩颈选晶器)和螺旋型。螺旋型选晶器是目前应用最广泛也是最成功的选晶器类型。3）籽晶法制取单晶的另一种方法是籽晶法材料和要铸造部件相同的籽晶安放在模壳的最底端,它是金属和水冷却铜板接触的唯一部分。具有一定过热的熔融金属液在籽晶的上部流过,使籽晶部分熔化,这就避免了由于籽晶表面不连续或加工后的残余应力引发的再结晶所造成的等轴晶形核。同时，过热熔融金属的热量把模壳温度升高到了合金的熔点以上,防止了在模壳壁上形成新的晶粒。金属熔液就从剩余的籽晶部分发生外延生长,凝固成三维取向和籽晶相同的单晶体。4）气相法直接从气体中凝固或利用气相化学反应制备单晶体的方法。包括升华法（如硫化镉和硫化锌单晶）、气相反应法（如氧化锌、氮化铝和氮化钒单晶）、气相分解法（如低价氧化物和金属单晶）、气相外延法（如砷化镓、磷化镓、砷化铟和磷化铟单晶）。应用差距罗.罗公司的Trent800发动机的涡轮叶片使用第三代单晶合金CMSX-10制造，工作温度达1204℃。我国第一代单晶合金为DD3，于20世纪90年代用于航空发动机涡轮叶片，该合金相当于美国第一代单晶合金PWA1480。我国第二代单晶合金DD6也用于航空发动机涡轮叶片。目前先进的燃气涡轮发动机几乎都采用单晶铸造合金叶片。单晶高温合金是迄今在先进发动机中用作涡轮叶片的重要材料，承受着最苛刻的工作条件，从F100-PW-220发动机用于PWA1480第一代单晶合金到EJ200和F119采用的RR3000和CMXS10的第三代单晶，使涡轮进口温度提高了80℃，接近材料的初熔温度。美国普惠公司建立了单晶叶片生产线，年产量达9万片。据统计，现在至少有六种军用机和民航机使用了单晶铸造叶片，工作时数达960万h，这些飞机包括F-16、波音767、空客A310、AH-1T直升机、米格-29、苏-27等。单晶涡轮叶片，目前世界上只有美国、俄罗斯、英国、法国、中国等少数几个国家能够制造。近年来，国内在单晶涡轮叶片制造中也取得了较大的进步，研制并批量生产了高功重比涡轴发动机单晶涡轮叶片。
是金子总会发光的
你写这么多，没有几个人会看的，又太专业，白费了的心思。
航发，开动你们的发动机，带我们中小股东飞翔一会，证明你们有能力，是NO.1他妈的
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