華曙高科3D打印渦噴發動機轉子件成功通過10萬轉/次臺架實驗
在即將開幕的3D打印行業盛會——2017 TCT亞洲展上,工業級3D打印領航企業華曙高科將攜金屬3D打印渦噴發動機模型亮相N5館G20展位。華曙高科在國內成功實現了3D打印技術在發動機靜子、轉子類零件上的直接應用性驗證,有望突破航空渦噴發動機的制造技術瓶頸,為發動機關鍵零部件的整體設計優化提供了充分的技術論證,實現了高性能關鍵結構件的快速制造,顯著提升了航空發動機的整體機械性能。
在臺架試驗測試環節,用傳統工藝制造的渦噴發動機轉子件在低于10萬轉/分鐘的轉速下破裂,而華曙高科3D打印渦噴發動機零件順利通過10萬轉/分鐘的測試實驗,目前正在改裝更高轉速的試驗平臺,下一步將對航空發動機進行整體設計優化,在保證使用性能的前提性大幅減少零件數量和拼接工序,提高發動機的整體使用壽命。
▲ 航空渦噴發動機效果圖
▲ 華曙高科3D打印渦噴發動機轉子件
華曙高科以新型發動機渦輪泵研制為背景,針對核心零件開展3D打印技術應用研究,其3D打印的靜子件與轉子件突破了盤軸葉片一體化主動冷卻結構設計、轉子類零件激光選區熔化成形的控形、控性等關鍵技術,解放了傳統工藝對結構設計的束縛,實現了復雜狹長內通道轉子類結構設計制造,使同類結構零件的換熱冷卻效果提升了90%。
同時,在104 ℃/s以上的冷卻速度下,獲得了納米級Si顆粒,大大提升了工件的力學性能,屈服強度提高近1倍,拉伸強度提高近50%,其鎳基合金的轉子件性能與鍛造標準相當。
性能 |
華曙高科3D打印解決方案 |
鑄造標準1 |
|
力學性能 |
拉伸強度/Mpa |
430 |
300 |
屈服強度/Mpa |
260 |
145 |
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斷后伸長率/% |
3 |
2.5 |
|
致密度 |
密度/g·cm3 |
2.67 |
- |
粗糙度 |
側表面/um |
2.4 |
- |
▲ 鋁合金零件微觀組織與力學性能數據
|
s0.2 (MPa) |
sUTS (MPa) |
ef (%) |
華曙高科3D打印解決方案 |
789±15 |
1094±20 |
17±5 |
▲ 鎳基高溫合金微觀組織與力學性能數據
華曙高科成熟的MLS技術可成功打印金屬鉭、鈦合金、718鎳基合金、鋁合金、鎢等高溫合金,能直接制成傳統工藝方法難以制造甚至無法制造的復雜金屬終端產品,致密度最高可達99.99%,加工零件尺寸精度高,不僅能大幅縮短新型航空航天裝備的研發周期,而且能提高材料的利用率,降低制造成本,并且優化零件結構,減輕重量,減少應力集中,增加使用壽命。
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