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1、10航空发动机2004年第30卷第1期航空发动机的高温蠕变分析饶寿期(北京航空航天大学,北京100083)摘要:详述了航空发动机主要零部件抗蠕变的设计要求,综合概括了有关蠕变的设计准则和计算分析方法以及寿命预测方法。关键词:航空发动机蠕变设计准则寿命预测AnalysisofHigh-TemperatureCreepofAeroenginesRaoShouqi(BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083,China)Abstract:Designrequirementsresistancetothe
2、creepofaeroenginecomponentsaredescribedindetail.Thedesigncriteria,thecalculationandanalysis,andthelifepredictionaresummarizedforthehightemperaturecreep.Keywords:aeroengine;creep;designcriteria;lifeprediction象,但晶间断裂过程却使断口具有脆性断裂的外观。1引言蠕变断裂通常是在没有颈缩、也没有预兆的情况下蠕变会导致航空发动机高温零部件的塑性变形发生的。目前还不能可靠地预测
3、蠕变断裂或持久断过大或产生蠕变应力断裂,特别是随着涡轮前温度裂的特性。进一步提高,其矛盾更加突出。例如,在高温环境抗蠕变性能良好的材料,必须具有在长期高温下,温度只增加15e,零件的蠕变寿命就会缩短一作用下保持金相组织稳定的性能。对于抗蠕变良好半。的合金,抗氧化和抗腐蚀的能力通常也是它的重要蠕变是材料的固有特性之一,金属材料的工作属性。较大的晶粒对于抵抗蠕变也可能是有利的,温度超过其熔化温度的40%时都会产生蠕变,当减因为晶粒越大,大部分蠕变过程赖以发生的晶界长小应力或降低温度时,稳定蠕变阶段(第2阶段)时度也就越短。间增长,甚至加速蠕变阶段(第3阶段)可能不会发在航空涡
4、喷涡扇发动机结构设计准则中,蠕变生;当增大应力或升高温度时,蠕变的第2阶段随之强度的判据一般用蠕变强度极限或持久强度极限来缩短,只有起始蠕变阶段(第1阶段)和第3阶段,材表征。2种强度极限都是反映材料高温性能的指料在很短时间内就会断裂。要求理想的高温抗蠕变标,其区别在于侧重点不同。例如航空发动机高温材料,蠕变曲线具有很短第1阶段和低速率第2阶材料6在900e、100h时的持久强度为段,以便延长产生限定变形量(如1%)的时间,同时314MPa,而在同样的温度和时间条件下产生0.2%也要求有一个明显的第3阶段,这样可以预示材料的蠕变应变时,其蠕变强度极限为196MPa。在断裂
5、时有一定的塑性。蠕变变形和蠕变断裂萌生2航空发动机结构抗蠕变设计要求于晶粒边界,并随着晶粒滑移和分离而扩展,因此,蠕变断裂是晶间断裂。虽然蠕变是一种塑性流动现提供/足够的蠕变/应力断裂寿命0是发动机主收稿日期:2003-07-18作者简介:饶寿期(1935)),教授,1959年毕业于北京航空学院,从事航空发动机教学和研究工作,在单晶和定向结晶等叶片的研究工作中曾获部级科技进步奖等多项。饶寿期:航空发动机的高温蠕变分析11要零部件的设计要求之一。断裂而造成裂纹,因而必须考虑局部应力。悬臂导2.1轮盘设计的抗蠕变要求向叶片主耍承受弯曲载荷(包括热载荷),导致产生在恶劣的应力和
6、温度条件下,轮盘抗蠕变设计急剧的应力梯度和在局部区域诱发恶劣的蠕变状要求轮盘关键尺寸的变化不超过规定的允许值。在态。应力断裂设计应选取当导向叶片材料出现大尺预定的检修期内,允许操作者用更换件重新装配转寸裂纹时的蠕变应变,这种裂纹估计出现在材料蠕子,以防止出现较严重的松动或过盈。因为轮盘经变曲线第3阶段的开始时。受着应力、温度和使用时间的综合作用,所以必须在2.5燃烧室和加力燃烧室抗蠕变的设计要求零件的整个寿命期内保持尺寸稳定性,以避免累积火焰筒工作时处于高温、高应力状态下,所以其的蠕变变形。材料大部分处于蠕变状态。每个循环中的蠕变变形2.2叶片抗蠕变设计要求都缩短了火焰筒
7、产生低循环疲劳裂纹的时间。因叶片蠕变变形能使叶片径向伸长、恢复扭转和此,必须考虑蠕变和疲劳的交互作用。燃烧室温度弯曲。为了确保叶片在规定的寿命期内保持良好的最高时是发生在飞机起飞阶段,但在飞机爬升及巡性能,限制蠕变变形量是叶片设计的主要要求。其航阶段也易发生蠕变变形。大直径全环形火焰筒更变形限制是:工作中叶尖不应出现严重的磨损;叶型容易产生蠕变屈曲。因此,精确地确定蠕变屈曲寿的恢复扭转不致引起叶冠松动或性能恶化;叶片顶命就变得很重要。蠕变屈曲对压力载荷、筒体工作部和叶冠的弯曲变形不应使叶冠间的松紧度发生太温度、直径以及几何形状
