俄罗斯粉末冶金高温合金

σ０．２／ＭＰａ １０２０ １０６２
表２ ПС９０А２发动机用 ЭП７４１НП 合金盘坯性能［４］
室温性能 δ／％ １６．０ ２５．６
ψ／％ １８．０ ２６．７
Ａｋｃｕ２／Ｊ ３２．０ ４７．２
持久 τ６１５００２０℃ＭＰａ／ｈ
１００ ３４１
低 周 疲 劳 （ｆ＝１Ｈｚ） Ｎ６１５００００℃ＭＰａ／周 次
ЭП７４１НП，ｂｕｔ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｓ ｉｎｆｅｒｉｏｒ ｔｏ ｔｈａｔ ｏｆ ЭП７４１НП．Ｔｈｅ ｄｉｓｃｓ ｏｆ ВВ７５２П ａｎｄ ВВ７５３Пｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｌｙ ｉｎ ｔｒｉａｌ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓｔａｇｅ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｄｉｓｃｓ ｏｆВВ７５１П ａｎｄВВ７５０Пｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ ｆｏｒ ｔｕｒｂｉｎｅｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｎ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｂａｔｃｈ ｐｒｏｄｕｃ－ ｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＭ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ；Ｒｕｓｓｉａ；ａｉｒｃｒｆｔ ｅｎｇｉｎｅ；ｔｕｒｂｉｎｅ ｄｉｓｃ；ЭП７４１НП ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ； ЭП９６２НПｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ；ВВПｓｅｒｉｅｓ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ
张 义 文 ，迟 悦
（钢铁研究总院高温材料研究所，北京 １０００８１）
摘 要：介绍了俄罗斯近几年用 于 ПС９０А２、АИ２２２ 和 Д２７ 航 空 发 动 机 的 ЭП７４１НП 粉 末 高 温合金盘件的性能及使用情况，以及 ЭП９６２НП 和为第５ 代 以及 第 ５ 代半（俄 罗 斯 划 分）航 空 发动机设计的 ВВП 系列（ВВ７５０П、ВВ７５１П、ВВ７５２П、ВВ７５３П）粉 末 高 温 合 金 的 研 制 最 新 进 展。俄罗斯采用等离子旋转电极工艺（ＰＲＥＰ）制粉 ＋ 直 接热等静 压（Ａｓ－ＨＩＰ）成 形 制 造 粉 末 高温合金盘件。使用粒度为＜１００μｍ 的粉末，为 ПС９０А２发动机研制的 ４ 个 ЭП７４１НП 合 金 盘件，其性能优于 АЛ－３１Ф 发动机上使用的 ЭП７４１НП 合金盘件性能。为 АИ２２２航 空 发 动 机研制的３个 ЭП７４１НП 合金盘件以及为 Д２７航空发动机研制的４个 ЭП７４１НП 合金盘件， 其性能达到了技术文件的要 求。 俄 罗 斯 装 配 АИ２２２－１５С 发 动 机 的 Як－１３０ 教 练 机 通 过 了 飞行试验，并已交付使用。ВВП 系列粉末高温合金的抗拉强度、６５０℃下的持 久强 度 以 及 低周 疲劳性能均优于 ЭП７４１НП 合金，但韧性比 ЭП７４１НП 合 金 低。ВВ７５２П 和 ВВ７５３П 合 金 盘 件目前处于试制阶段，用于航空发动机涡轮和压 气机的 ВВ７５１П、ВВ７５０П 合 金盘件已 开 始 工 业试验批生产。 关键词：粉末冶金高温合金；俄 罗 斯；航 空 发 动 机；涡 轮 盘；ЭП７４１НП 合 金；ЭП９６２НП 合 金；ВВП 系列合金 中 图 分 类 号 ：ＴＦ１２５．４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００６－６５４３（２０１２）０５－００３７－０９
本文对 ЭП７４１НП 高 温 合 金 的 最 新 应 用 以 及 ЭП９６２НП 和 ВВП 系列 高 温 合 金 的 研 制 进 展 作 一 介绍。
图 １ 俄 罗 斯 粉 末 高 温 合 金 盘 和 轴 的 产 量［４］
发 动 机 上 大 量 使 用 了 ЭП７４１НП 合 金 盘 件 。 这 里 主要 介 绍 近 几 年 ЭП７４１НП 合 金 盘 件 在 ПС９０А２、 АИ２２２ 以 及 Д２７ 发 动 机 上 的 试 验 及 使 用 情 况 。
表１ ПС９０А２发动机用 ЭП７４１НП 合金盘坯尺寸［４］
盘坯名称 盘坯代号 盘 坯 尺 寸／ｍｍ
高压涡轮盘 ДП５９１
５５０．５×１０１
低压涡轮盘 ДП５９２
５５０．５×１２９
高压盘的导风轮和后封严环 ДП５９３
５３４×５３
中间盘 ДП５９４ ５４１×８０
σｂ／ＭＰａ １４５０ຫໍສະໝຸດ Baidu １５０５
使用粒度为＜１００μｍ 的 粉 末，工 业 试 制 批 生 产 了３２件远程客机 发 动 机 ПС９０А２ 用 ЭП７４１НП 合 金盘。１台 ПС９０А２发动机用４个 ЭП７４１НП 合金 盘件，盘坯及其尺 寸 如 图 ２ 和 表 １ 所 示。 盘 坯 性 能 达到了技术条件（ТУоп１－８０９－１１２３－２００２）的 要 求 ，性 能 数 据 见 表 ２［４］。
DOI:10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.2012.05.018
第 ２２ 卷 第 ５ 期
粉末冶金工业
Ｖｏｌ．２２ Ｎｏ．５
２０１２年１０月 ＰＯＷＤＥＲ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ ＩＮＤＵＳＴＲＹ Ｏｃｔ．２０１２
俄罗斯粉末冶金高温合金研制新进展
第 ５ 期 张 义 文 等 ：俄 罗 斯 粉 末 冶 金 高 温 合 金 研 制 新 进 展
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个 ЭП７４１НП 合 金 盘 件，包 括 高 压 涡 轮 盘、低 压 涡 合金盘件，包括高 压 涡 轮 盘、低 压 涡 轮 盘、导 流 盘 和 轮盘和篦齿盘。１台 Д２７发 动 机 用 ４ 个 ЭП７４１НП 改型压气机的离心环 。 ［５］
收 稿 日 期 ：２０１２－０４－１７ 作 者 简 介 ：张 义 文 （１９６４－ ），男 （汉 ），内 蒙 古 呼 伦 贝 尔 市 人 ，教 授 级 高 工 ，主 要 从 事 粉 末 冶 金 高 温 合 金 的 研 究 。
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粉末冶金工业 第２２卷
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｓｅｒｖｉｃｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｏｗｄｅｒ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ（ＰＭ ）ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ ЭП７４１НПｆｏｒПС９０А２，АИ２２２ａｎｄ Д２７ｅｎｇｉｎｅｓ，ａｎｄ ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｏｆ ＰＭ ｓｕｐｅｒａｌ－ ｌｏｙЭП９６２НП ａｎｄ ＢＢП ｓｅｒｉｅｓ（ВВ７５０П，ВВ７５１П，ВВ７５２П ａｎｄВВ７５３П）ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｉｆｔｈ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｉｆｔｈ－ａｎｄ－ｏｎｅ－ｈａｌｆ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｉｒｃｒａｆｔ ｅｎｇｉｎｅ（Ｒｕｓｓｉａ ｄｉｖｉｓｉｏｎ）ｗｅｒｅ ｉｎ－ ｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ＰＭ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ ｄｉｓｃｓ ａｒｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｈｏｔ ｉｓｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｉｎｇ（ＡＳ－ＨＩＰ） ｐｏｗｄｅｒｓ ａｔｏｍｉｚｅｄ ｂｙ ｐｌａｓｍａ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｐｒｏｃｅｓｓ（ＰＲＥＰ）．Ｆｏｕｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｍａｄｅ ｏｆ ЭП７４１НП ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｏｗｄｅｒ ｓｉｚｅ ｏｆ ＜１００μｍ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ，ｔｈｅｉｒ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｒｅ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｏ ｔｈａｔ ｏｆЭП７４１НПｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎАЛ－３１Фｅｎｇｉｎｅ．ＴｈｒｅｅЭП７４１НПｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｐ－ ｐｌｉｅｄ ｉｎ АИ２２２ｅｎｇｉｎｅｓ ａｎｄ ｆｏｕｒЭП７４１НП ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ Д２７ｅｎｇｉｎｅｓ ｒｅａｃｈ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｐｌａｎｅЯк－１３０ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｗｉｔｈАИ２２２－ １５Сｅｎｇｉｎｅ ｐａｓｓ ｔｈｅ ｆｌｉｇｈｔ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｐｕｔ ｉｎｔｏ ｓｅｒｖｉｃｅ．Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｓｔｒｅｓｓ ｒｕｐｔｕｒｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｔ ６５０℃ ａｎｄ ＬＣＦ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ВВП ｓｅｒｉｅｓ ＰＭ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ ａｒｅ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｏ ｔｈａｔ ｏｆ
备注
５０００
技术条件保证的
７３１４８
实 测 （平 均 值 ）
２００２～２００６ 年 期 间，ВИЛС 出 厂 检 验 和 乌 克 兰《Прогресс》发动机 设 计 局 入 厂 复 验 的 ЭП７４１НП 合金盘坯的室温力学性能和 ６５０℃ 下 的 持 久 性 能 数
据见表３［５］。《Прогресс》发 动 机 设 计 局 入 厂 复 验 的 ЭП７４１НП 合金盘坯６５０℃ 下 的 低 周 疲 劳 性 能 数 据 见表 ４［５］。
表３ ЭП７４１НП 合金盘坯室温性能和持久性能［５］
２０世 纪 ８０ 年 代 研 制 出 ЭП９６２П 和 ЭП９７５П 粉末高温合金，９０年代初研制出 ЭП９６２НП 粉末高 温合金［３］，进入２１世 纪 又 研 制 出 ВВП 系 列 粉 末 高 温合金。俄罗斯粉末高温合金的发展经历了三个阶 段：截 至 １９９２ 年 为 第 一 阶 段，此 阶 段 为 快 速 增 长 时 期 ，其 中 １９８９ 年 产 量 最 高 ，为 ２１８３ 件 ；从 １９９３ 年 至 ２０００ 年 为 第 二 阶 段 ，此 阶 段 为 “停 滞 ”时 期 。１９９１ 年 前苏联解体后，用于 МиГ－２９战斗机的 РД－３３发 动机的产量急剧下 降，因 此 粉 末 盘 的 产 量 也 随 之 大 幅度下 滑，从 １９９３ 年 到 ２０００ 年 粉 末 盘 的 生 产 几 乎 处于 停 滞 状 态，但 从 ２００１ 年 粉 末 盘 的 生 产 开 始 回 升；从 ２００１ 年 至 今 为 第 三 阶 段，此 阶 段 为 恢 复 发 展 时期（图１）［４］。 俄 罗 斯 粉 末 高 温 合 金 已 在 РД－３３ 系列和 АЛ－３１Ф 系列等多种型号的 军 用 和 民 用 航 空 发 动 机 上 得 到 应 用，其 中 使 用 最 多 的 是 ЭП７４１НП 合金。３０ 多 年 间 粉 末 盘 没 有 发 生 任 何 事故。
ПС９０А２发动机完成了台架试验，从２００７年 开 始飞行试验。
１ ЭП７４１НП 合金新应用
俄 罗 斯 在 РД－３３ 和 АЛ－３１Ф 高 性 能 航 空
图２ ПС９０А２发动机用 ЭП７４１НП 合金盘坯
几年前已开 始 在 АИ２２２ 和 Д２７ 发 动 机 上 试 验 ЭП７４１НП 合 金 盘 件。１ 台 АИ２２２ 发 动 机 用 ３
ＲＥＣＥＮＴ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＳ ＯＦ ＰＯＷＤＥＲ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ ＳＵＰＥＲＡＬＬＯＹ ＩＮ ＲＵＳＳＩＡ
ＺＨＡＮＧ Ｙｉ－ｗｅｎ，ＣＨＩ Ｙｕｅ （Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＩＳＲＩ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１，Ｃｈｉｎａ）
粉末冶金高温合金主要用于制造航空发动机的 涡轮盘、压 气 机 盘 和 鼓 筒 轴 等 高 温 承 力 转 动 部 件。 美国和俄罗斯在粉 末 冶 金 高 温 合 金 的 研 发、生 产 及 应用 方 面 处 于 领 先 地 位。 俄 罗 斯 于 １９６５ 年 开 始 研 发粉末冶 金 高 温 合 金，１９７３ 年 全 俄 轻 合 金 研 究 院 （ВИЛС）建立了 粉 末 高 温 合 金 研 发 实 验 室，开 始 研 制粉末冶金高温 合 金 盘 件。ВИЛС 从 １９８１ 年 开 始 工业 批 生 产 和 提 供 军 用 飞 机 用 ЭП７４１НП 涡 轮 盘 和轴，从１９８４年开始批生产民用飞机用 ЭП７４１НП 涡轮盘 。 ［１，２］ 其 生 产 工 艺 不 同 于 美 国 等 西 方 国 家， 为等离子旋转电 极 工 艺（ＰＲＥＰ）制 粉 ＋ 直 接 热 等 静 压 （Ａｓ－ＨＩＰ）成 形 。