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中科院助力国产航发 涡轮叶片报废率从9成暴降至1成

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中国航空发动机历来有几个不解之谜,比如国产发动机就比类似的进口发动机贵很多,太行发动机一台卖4000多万人民币,而进口俄罗斯AL-31发动机一台才3000万人民币,为啥指标差不多,我们价格却比进口货贵这么多?难道工人工资太高?从实际调查来看,航空发动机制造厂员工一个月就是几千块,极少上万。

最近,中科院金属所沈阳分院的一篇论文为我们揭开了谜底,这一篇文章题目叫做:航空发动机单晶高温合金叶片典型铸造缺陷的全流程控制技术及应用 。

其中主要成就为:

复杂冷却结构空心单晶叶片制备是困扰我国先进航空发动机装机和定型的主要技术瓶颈之一。本项目针对单晶高温合金叶片制备过程中出现的杂晶、小角晶界、取向偏离、再结晶和型壳反应等缺陷开展了全流程控制技术研究。

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首先基于晶粒和枝晶竞争生长理论,提出了螺旋选晶器起始段和螺旋段的优选结构和优化工艺,将晶体取向偏离超标的废品率从大于20%降低到小于1%。采用了在杂晶形成区预置晶核、主动控制该区域局部散热条件以及抽拉速度等杂晶缺陷控制方法,使单晶叶片杂晶废品率从大于90%降低到小于10%。阐明了小角晶界的形成机理是以枝晶偏转方式形成,提出了通过控制单晶晶体取向偏离度减少小角晶界的新思路,将小角晶界的形成频率从大于90%降低到小于30%

研究了再结晶对单晶高温合金蠕变性能的影响;提出了减少单晶高温合金叶片再结晶的方法,将单晶叶片再结晶废品率从大于60%降到5%以下。提出了多项工程上行之有效的缺陷控制措施,发展了一套从模具设计到铸件检验的单晶叶片全流程控制技术,不仅成功解决了我国多种单晶叶片从无到有的问题,还将实心单晶叶片的合格率从小于20%提高到75%以上,复杂空心单晶叶片的合格率从小于10%提高到50%以上,极大地促进了我国单晶叶片铸造技术的进步,为我国多个新型航空发动机的研制提供了叶片保障。

以上内容可以看出,中国涡轮单晶叶片合格率长期低下,不到1成,外加加工过程报废,实际上就是100个零件合格3-5的水平,报废率如此之高,难怪发动机价格昂贵,而且产能严重不足,即使非常努力的加班加点,干出来的零件大部分都是废品,所以工人收入普遍不高。

从某些资料来看,美国发动机厂家,涡轮叶片报废率不到一半,这是一个非常惊人的数据,中国发动机行业从涡喷7,涡喷13时代就延续了高达9成的报废率,确实不堪重负,因为涡喷叶片向来是极其昂贵的高温金属制造的,而且金属非常硬,极其难加工,一点点啃,而且精度非常高,经常达到0.01毫米,一不小心就报废,现在先进发动机涡轮叶片经常要加入比黄金还贵的徕等极稀有金属,而且加的越多,涡轮性能越高,而中国几乎没有铼矿,经常被控制矿山的欧美公司卡脖子。

最初最终想出的招数就是,用稀土大量出口和外国换极少量的铼,相互卡脖子变成相互松手喘口气,最近传来好消息,陕西发现100多吨的铼矿,中国发动机终于又躲过一劫!

这次中科院的叶片制造技术特大突破,使得国产涡轮叶片报废率暴降,预计未来几年,中国发动机产量将会发生井喷,而且发动机价格也会不断下降,这对于苦苦等待发动机的歼20威龙来说,真是一个巨大的好消息。(作者署名:大水)

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