在當今（jīn）高度工業化的時代，精密特種加工技（jì）術正逐漸成為製造業的新寵，以其高精度、高效率和高（gāo）靈活性的特點，引領著製造業向更（gèng）高層（céng）次邁（mài）進。精密特（tè）種加工技術究竟有何魅力？它又是如何改變我（wǒ）們的生產（chǎn）和生活方式（shì）的呢（ne）？接下來，就讓我（wǒ）們一起走（zǒu）進精密特種加（jiā）工（gōng）的世界，探（tàn）索它的奧秘和前景。
精密特種加工技術，是指在傳統機械加工基礎上（shàng），采用先進（jìn）的工藝方法、高精度（dù）的設備和（hé）工具，對難加工（gōng）材料或複雜形狀零件進（jìn）行高精度、高效率（lǜ）的加工技術。它涵蓋（gài）了激光加工、電（diàn）火花加工、超聲波加工（gōng）等多種加工方式（shì），具有加工精度高、加工質量好、適用（yòng）範圍廣（guǎng）等顯著特點。
二（èr）、精密特種加工技術的（de）應用領域
精密（mì）特種（zhǒng）加工技（jì）術在航（háng）空航天、汽車製造、醫（yī）療（liáo）器械等領域有著廣泛（fàn）的（de）應用。在航（háng）空航天領域，精密（mì）特種加工（gōng）技術可用於製造高精度、高可靠性的零部件，如發動機葉片（piàn）、導軌等；在汽（qì）車製造領域，它可用於製造複雜形狀的零部件，提高汽車的性能和安全性；在醫療器械領域，精密特種加工技術可用於製造高精度（dù）的醫療設備（bèi）和器械，提高醫療水平。
三、精密特種加工（gōng）技術的優勢與挑戰
精密特種加工技術的優勢在於其高精度、高效率和高靈活性。通過采用先進的工藝方法和（hé）設備，可以實現微米級甚（shèn）至納（nà）米級的加工精（jīng）度，大大提高產品的質量和性能。同時，精密特種加工技術還具有加工速度快、加工成本低等優勢，能夠顯著提（tí）高生產效率（lǜ）和經濟（jì）效益。
然而，精密特種加工技術也麵臨著一些（xiē）挑戰。首先，精密特種加工技術需要高度專業化的設備和操（cāo）作人員，對技術和人才的需（xū）求較高；其次，精（jīng）密特種加工技術通常涉及到高精度、高難度的加工過程，對工藝控製和質量控製的（de）要求非常嚴格（gé）；此外，隨著製造業的快速（sù）發（fā）展和市場競爭的加劇，精密特種加工（gōng）技（jì）術還需要不斷創新和（hé）提升，以滿足不斷變化的市場（chǎng）需求。
四、精密特種加工（gōng）技術的發展前景（jǐng）
盡管（guǎn）麵臨著一些挑戰，但精密特種加工技（jì）術的發展前景依然廣闊。隨著科技的不斷進步和製造業的不斷升級，精密特種（zhǒng）加（jiā）工技術將在更多領域得到應用和推廣。未來，精密特種加工技術將更加智能化、自動化和柔性化，實現更高效、更精準、更靈活的生產方式。同（tóng）時，隨著新材料（liào）、新工藝的不斷湧現，精密特種加工（gōng）技術也將不斷拓展其應用領域和加工能力。
發（fā）動（dòng）機葉片精密加工：技術之巔，匠心獨運
隨著現代工業的（de）發展，發動機作為核心動力裝置，其性（xìng）能優劣直接關係到整個機械（xiè）設備的運行效率和穩定性（xìng）。而發動機葉片（piàn）作為發動機的（de）關鍵部件，其精密加工技術更是重中之重。本文將帶您領略發（fā）動機葉片精（jīng）密加工（gōng）的（de）魅力，探尋其背後的技術秘密。
發動機葉片作（zuò）為發動機中的“心髒”，承受著高溫、高壓和高速旋轉等多重（chóng）考驗。因此，對葉片（piàn）的精密加工要求極高，不（bú）僅要求葉片表麵光滑（huá）如鏡，更要求其在複雜的工（gōng）作環境（jìng）下保持穩定的性能。這就需要采用（yòng）先進的加工設備和工藝，確保每一片葉片都能達到最高的品質標準。
在精（jīng）密加工領域，數控加（jiā）工技術（shù）成為主流。通過高精度的數控機床和編程軟（ruǎn）件（jiàn），可以（yǐ）實現對葉片的微米級加工，確（què）保葉片（piàn）的尺寸精度和形狀精度。同時，采用先進的刀具材料和切削技術，可以有（yǒu）效減（jiǎn）少加工過程中的摩擦和熱量，避免葉片變形和損傷。
除了數控加工（gōng）技術，特種加工技術也在發動機（jī）葉片加工中發揮著重要作用。如激光加工、電（diàn）火花加工等，這些（xiē）技術可以在難（nán）以加工（gōng）的材料上實現高精度（dù）、高效率的加工。特別是在處理複雜曲麵和微小結構時，特種加工技術更是展現出了其獨特的優勢。
然而，精密加（jiā）工並非一（yī）蹴（cù）而就。它需要加工人（rén）員具備（bèi）豐富的經驗和精湛的（de）技術，每一（yī）個細節都需（xū）要精益求精。從原材料的選擇到加工參數的設定，從刀具的磨損檢測到加工（gōng）質量的監控，每一個環節都（dōu）容不得半點馬（mǎ）虎。正是這種對技術的執著和對品質（zhì）的堅守，才使得（dé）發動機葉片（piàn）的精密（mì）加工成為一項令人（rén）敬（jìng）畏（wèi）的技藝。
隨著科技的進步，發（fā）動機葉片（piàn）精密加工技術也在不斷創新和發展。未來，我（wǒ）們可以預見，這一領域將會有更多的新技術、新工藝湧現，推動發動（dòng）機性能的（de）不斷提升。同時，隨著智能製（zhì）造和工（gōng）業4.0的推進，發動機葉片的精密加工（gōng）也將實現更高的自動化和智能化，為整個工業領域的進步貢獻力量。
發動機（jī）葉片的精密加工是一項集技術、工藝和匠心於一體的綜（zōng）合性工程。它不僅（jǐn）要求加工設備的高度精密（mì）和加工技術的（de）不（bú）斷創新，更要求加工人員的精湛技藝和對品（pǐn）質的極致追求。在（zài）這個充滿挑戰和機遇的時代，我們有（yǒu）理由相信，在精密加工技術的推動（dòng）下，發動機的性能將不斷攀升，為人類的工業發展寫下更（gèng）加輝煌的（de）篇章（zhāng）。
測量
葉片作為發動機的相關（guān）重要（yào）部件之一，其在航（háng）空發動機製（zhì）造中所占比重約為30%。
由於葉片（piàn）形狀複雜、尺（chǐ）寸跨度大（長度從20mm~800mm）、受力惡劣、承載（zǎi）最大（dà），且在高溫、高壓和高轉速的工況下運轉，使得發動機的性能在很大程度上取決於（yú）葉（yè）片型麵的設計製造水平（píng）。
為滿足發動（dòng）機高性能、可靠性（xìng）及（jí）壽命（mìng）的要求，葉片通常選用合金化程（chéng）度很高的鈦合金、高溫合金等材（cái）料製（zhì）成；同（tóng）時由於葉片空氣動力學特性（xìng）的要（yào）求，葉型必須（xū）具有精確的尺寸、準確的形狀和嚴格的表麵完整性。
隨（suí）著航空發動機性能要（yào）求越來越高，各大主機生產廠對葉片加工精度要求也越來越高。目（mù）前，航空發動機的葉片製造方法主要有電解加工、銑削加工、精密鍛造、精密鑄造等。其中，數控（kòng）銑削加工由於加工精度高、切削穩定、工藝成熟度高等優點而被廣泛應用。
然而（ér）由於葉片零件壁薄（báo）、葉身扭曲大、型麵複雜（zá），容易產生變形，嚴（yán）重（chóng）影響了葉片的加工精度和表麵質量。如何嚴格控製葉片的加工誤差，保證良好的型麵精（jīng）度，成為檢測工作關注的重點。
葉片（piàn）型（xíng）麵是基於葉型按照一定（dìng）積（jī）累疊加規律形成（chéng）的（de）空間曲麵，由於葉片形狀複雜特殊、尺寸眾多、公差要求嚴格，所以葉片型線（xiàn）的參數沒有固定（dìng）的規律，葉片型麵的複雜性和多樣性使葉片的（de）測量變得較為困難。
傳統的檢測方（fāng）法無法科學地指導葉片的生產（chǎn）加工，隨著汽輪機、燃氣機等製造（zào）業的發展，要求發動機不（bú）斷（duàn）更新換代，提高發動機的安全性和可靠性；先進技術的體（tǐ）現在（zài）於葉片的改進與（yǔ）創（chuàng）新，從而必須提高葉片製造技（jì）術水平，同（tóng）時要求葉片加工測量實現數字化（huà），體現其精準度（dù），精確給出葉片各點（diǎn）實際數值與葉片理（lǐ）論（lùn）設計的誤差。
且隨（suí）著我國航空發動機製造企業的迅猛（měng）發展，發動機（jī）葉片數量大、種類多，檢測技術麵（miàn）臨著前所未（wèi）有的（de）機遇和挑戰。
目（mù）前，在國內的葉片檢測過程中，傳統的標準樣板測量手段仍占主導地位，效率（lǜ）低下、發展緩慢，嚴重製約著設（shè）計、製（zhì）造和檢測的一體化進程。
為適應（yīng）快速高效檢測要求，目前西方發達（dá）國家已普遍采（cǎi）用三坐標測量機對葉片進行檢測（cè）。
由於航空發動機葉（yè）片的數量大、檢測項目多（duō），三（sān）坐標檢測技術的引入很大程度地改善了葉片製造過程中（zhōng）檢測周期長、檢測結果不（bú）準確（què）以及由於和外方檢測方式不一致所導致的檢測結果差異過大的問題。
三（sān）坐標檢測所特有的適（shì）用性強、適（shì）用（yòng）麵廣、檢測快速、結果（guǒ）準確的這一優（yōu）點，使得（dé）三坐標測（cè）量機在葉片生產企業得到廣泛應用。
近年來，隨著我國航空（kōng）工業的發展，三坐標測量機在葉片生（shēng）產主機廠家（jiā）逐漸（jiàn）得到普及。
但由於葉片型麵（miàn）複雜、精度要求高，不同廠家的測量（liàng）方（fāng）式、測量流程和數據處理方式不同，導致葉片的測量結果不（bú）一（yī）致，測量工作反複，嚴重（chóng）製約著葉型檢測效率的提高。
葉（yè）型檢測難點（diǎn）具體（tǐ）表（biǎo）現（xiàn）為：
（1）測量精度和效率（lǜ）要求高。葉片型麵的測量精度直接反映製造（zào）精度，通常（cháng）要求（qiú）測量（liàng）精度達（dá）到10μm，甚至1μm。
因此對測量環境要求嚴格苛刻，通常需要專門的測量室。葉片是批量生（shēng）產（chǎn）零件，數量成千上萬（wàn），應盡可能提高測量速度和效率。生產車間（jiān）和測量室之間（jiān）的反複運輸和等待，使得檢測效率低下。
（2）測量可靠性要求高。葉片（piàn）測量和數據處理結（jié）果應反映葉片的實際加工狀態，這樣才能保證葉片的製造質量。
（3）數據處理過程複雜。葉片參考（kǎo）紙上不但有葉（yè）型、弦長、前緣後緣半徑等尺寸誤差要（yào）求，還有（yǒu）葉片的（de）形狀輪廓（kuò）、彎曲、扭（niǔ）轉、偏移等形位誤差要求。
利用（yòng）三坐標測量機獲取的測量（liàng）數（shù）據存在噪（zào）點，通常需要（yào）對原（yuán）始的測量點（diǎn）集進（jìn）一步簡化，提取（qǔ）不同的尺寸和（hé）特征（zhēng）參數；還需進行複雜的配（pèi）準運算，迭代求解葉（yè）片的形位誤差。
其中算法（fǎ）選用不同得到的誤差評定結果各有差異（yì），導致整個處理過程複雜。
葉片測量新技術
（1）基於數字樣板葉型檢測（cè）方法。
標準樣板是根據葉片（piàn）的理（lǐ）論型線設計（jì）製造的與葉型截（jié）麵對應的母模量具，使用葉（yè）片固定座（即型（xíng）麵測具）把葉片固定後，用處於理想位置（zhì）的葉盆（pén）標準樣板和葉背標準樣板檢（jiǎn）查葉盆、葉背型麵間隙，並反複調整葉片空間位置（zhì），以型線的吻（wěn）合度作為衡量其是否合格的依據。
葉型設（shè）計參考多以透光（guāng）度（dù），或相對誤差來表示，如±0.15mm。這個（gè）比（bǐ）對誤（wù）差實際上並不是單純的形狀誤差，而是形狀誤差、尺（chǐ）寸誤差、位置（zhì）誤差三者的（de）綜（zōng）合體。
針對標準樣板法的特點（diǎn）和存在的缺點，西北（běi）工業大學研究了基於數（shù）字樣板的檢測方法。
數字樣板檢測方法是基於（yú）標準樣板法的原理，利用數字化測量手段獲（huò）取（qǔ）測（cè）量數據，然（rán）後利用（yòng）虛擬（nǐ）的數字樣板，與實測（cè）的數據進行匹配（pèi），在公差約束（shù）條件下達到最佳匹配。最後（hòu）在該最佳姿態下，求解葉型各項形位誤差。
下文將數字樣板檢測方法歸納為三個主要過程：實物樣板（bǎn）數字（zì）化、匹配過（guò）程模型化、誤差評定過程自動化。實物樣板數字化是將傳統的實物樣板轉換（huàn）為CAD模型（xíng），以數字模型的方式進（jìn）行樣板比對和誤差評定。
由（yóu）葉片設計（jì）模型構造的（de）三維CAD模型，它包括（kuò）了加（jiā）工葉片（piàn）完整的截麵幾何信息、基準信息，是數字樣板法誤差評定的（de）模型（xíng）基礎，可以進行表麵輪廓度（dù）分（fèn）析、葉型特征參數和形位誤差的分析和評定。
對於數字樣板法的原始測量點集，主要通過CMM測量獲得。在數字樣板構造的（de）基礎上，通過匹（pǐ）配過程的模型（xíng）化對測量數（shù）據和數字樣板自動進行調整。
針對數字樣板法中（zhōng）的原始測量數據，通常（cháng）需要進行數據（jù）預處理，獲取真實有效的型（xíng）麵測量數據參（cān）與（yǔ）數字樣板檢（jiǎn）測。
其中（zhōng），數據預處理包括測量點去噪、測頭半徑補償、坐標變換（huàn）、測量點與曲麵的配準、測量點排序等。其中，數據處理的第一步，就是對得（dé）到的型麵測量點進行去噪，篩選（xuǎn）有效的測量數據（jù）。
其次，CMM測量得到的數據是測頭球心（xīn）數據，必須進行測頭半徑補償。對（duì）於葉片測量時的裝夾引起的係統誤差（chà），在樣板匹配（pèi）前必須進行坐標係對齊來消除。
（2）葉片高速連續掃描技術。
為提高整體葉盤葉片的檢測效率，雷尼（ní）紹公司近年來開發了SPRINT高速掃描係（xì）統。
與傳統的機（jī）內測量（liàng）技術相比，SPRINT葉片（piàn）測量（liàng）係統可以顯著縮短測量循環時（shí）間，對葉片前邊緣也能提供精（jīng）確出色的測量結果，可以為葉片自適應加工（gōng）、工序間檢測等提供很好的檢測數據。
葉（yè）片測量分析軟件可通過數控機床控（kòng）製器上的Productivity+™CNC plug-in直接運行，因此測量數據可通過宏變量自動提（tí）供給數控機床，也（yě）可以自動提供（gòng）給連接（jiē）的計（jì）算機進行下遊數據處理。
SPRINT係統配備的OSP60 SPRINT測頭每秒可以采集1000個3D數據點，從而可以（yǐ）滿足葉（yè）片在機快速檢測的（de）要求。
利（lì）用SPRINT係統進行測量時，在CNC機床上分別從四個方向對葉片進行測量，從而避免在測量過（guò）程中發（fā）生（shēng）測頭與工（gōng）件之間（jiān）的碰撞幹涉。
在測量之後，四部（bù）分的測量數據將被（bèi）拚合成（chéng）一個完整的葉（yè）片測量數據集。SPRINT係統可以用於加工過程中工序間的檢測，以確保產品的（de）加工過程正確。同時，還可以作（zuò）為加工完之後的質量檢測使用。
加工過（guò）程中以及加工後（hòu）的型麵誤差檢測是確保葉片加（jiā）工質（zhì）量符合公差要求的必要手段。隨（suí）著測量技術的不斷發展，逐（zhú）漸發展（zhǎn）處快速、簡易、高（gāo）效的葉片測量（liàng）與數據處理技術。
同時，隨著智能加工（gōng）技術的（de）發展，在機快速檢測技術將推動葉片加（jiā）工質量與成（chéng）品率的提升。在這一發展過程中，需要重視和建立葉片在機測量和加工質量（liàng）的評估標準（zhǔn），從而（ér）為這類（lèi）技（jì）術的推廣使用奠定基（jī）礎。
質量控製
航空發動機葉片是發動機的核心部件之（zhī）一，發動機的性能很大程度上取決於葉片型麵的設計和製造水平（píng）。
發動機就是依靠這眾多的葉片完成對氣體的壓縮和膨脹以及以（yǐ）最高的效率（lǜ）產生強大的動力來推動飛機前進（jìn）的工作，它（tā）的曲麵形狀（zhuàng）和製造精度（dù）直接決（jué）定了飛機發動（dòng）機的推進效率（lǜ）的大（dà）小。
參考1 JAT生產的航空發動機
什麽是（shì）發（fā）動機葉片
參考2各類型葉片
航空發動機葉片是發動機的核心部件之一，發動機的性能很大程（chéng）度上（shàng）取決於葉片型（xíng）麵的（de）設（shè）計和製造水平（各類（lèi）型葉片如參（cān）考2所示）。
葉片是一類典型的自由曲麵零件，發動機（jī）就是依靠這眾多的葉片完成對氣體的壓縮和（hé）膨脹以及以最（zuì）高的效率（lǜ）產生強大的（de）動力來推動飛機前進的工作，它的（de）曲麵（miàn）形狀和製造精度直接決定（dìng）了飛機發動機的推進效率的大小，
參考3為（wéi）噴氣發（fā）動機的渦輪葉片。
參考3噴氣發動機的渦輪葉片
葉片質量為何如（rú）此重要
在航空發動機中，葉片型麵的複雜（zá）程度非常高，尺寸跨度大，而且承載也比較大，如（rú）參考4、5所示。
葉片（piàn）的工（gōng）作性能受到其幾何形狀和尺寸（cùn）的直接影響，當葉片型麵的質量（liàng）比較（jiào）差時，發動機會承受二次流（liú）損耗，進而影響能量轉換效率。
基於此，在進行葉（yè）片型麵（miàn）製造時，要對（duì）質量十分的注重，通過檢測技術（shù）的有效應用，提升提高（gāo）葉片型麵製造的質量，並保（bǎo）證航空發動機的性能。
參考4複雜（zá）發動機葉片
參考5GE9X發動機的薄（báo）葉（yè）片
怎樣控製葉（yè）片質量
葉片質量控製（zhì）的主要手段為檢測（cè），當前，比較常用的發動機壓（yā）氣機葉片型麵檢測技術比較多，下麵（miàn）主要為大家介紹幾種葉片型麵檢測（cè）技術，以便於提升檢（jiǎn）測（cè）工作的有效性，保證葉片製（zhì）造的（de）質量，提升航空發動機的性能。
參考6工（gōng）程師檢查發（fā）動機葉片
參考7工程（chéng）師檢查發動機葉（yè）片
參考8測量發動機葉片
幾種葉片檢測技術（shù）
電感測量技（jì）術
對於機械位移量（liàng），通過電感（gǎn）方法對其（qí）進行轉換，變成電量之後進行放大、處理，最後，將機械位移（yí）量顯（xiǎn）示出來，這種測量（liàng）方法就是電感測量。
在利用電感（gǎn）測量方法檢測時，不能單獨進行使用，需要（yào）配備相應的測（cè）量機（jī）械裝（zhuāng）置，以便（biàn）於（yú）對被測零件（jiàn）進行定位，並將傳感器固定。
優點：簡便性比較高，能夠實現（xiàn）直（zhí）觀（guān）的測量，而且測量的精度和效率都比較高。在進行航（háng）空發動機壓氣機葉片型麵檢測時，經常使用此種方法。
參考11渦輪葉片（piàn）探傷
局限：從（cóng）理論上來說，檢測時（shí）葉（yè）片各個部位的形狀可以通（tōng）過加密測點的方法來（lái）進行（háng），不過，在使用加密測點方法後，檢測的複雜程度提升，尤其是葉片型麵型線（xiàn）的（de）測量，由於測量點比較多，測量無法有效的保證。
光學投影（yǐng）檢測技術
利用光學投影（yǐng）檢測技術對葉片型麵進行檢測時，需要借助相（xiàng）應的光學投（tóu）影設備，通常來說，斷麵投影儀以及光學跟蹤投影儀是比較常用的兩個設備。
參考12光學投影檢測
優點：通過光學投影設備的屏（píng）幕，檢測人員可以直接的觀看葉型；經過放大之後，將其與理想葉型對比（bǐ），進而準確的發現實際葉型與理想葉型之間存在的差（chà）異，從而有針對性（xìng）的對實際葉型進行改進（jìn），保（bǎo）證葉片製造的（de）質量。
參考13光學投影檢測環（huán）路（lù）
局（jú）限：在進行檢查時，葉片表麵反射能（néng）力會（huì）在很大程（chéng）度上影（yǐng）響檢測結果，導致檢測結果（guǒ）的準確性降低；另外，屏幕也具備一定的限（xiàn）製性，隻有弦寬不大的（de）葉子才能利用（yòng）此種檢測技（jì）術進行檢測。
三坐標測量技術
在三坐標測量技術中，參考係為空間直角坐標係，機械零件（jiàn）在利用此種技術檢測時，輪廓上各被（bèi）測點的坐（zuò）標值可以準（zhǔn）確的測（cè）量出來，同（tóng）時，還可以處理（lǐ）數（shù）據群（qún），將零件各個幾個元素形位尺寸計算出來。
參考14三坐標測量技術測量葉片坐標
優點：測量對象數字化；利用誤差補償技術，測量精度顯著提升；利用算法靈活的軟（ruǎn）件，提升檢測的有（yǒu）效性（xìng）；自動化測量，減少人力使用，節約檢測（cè）成本，提升檢測質量，從設計到製造到檢測，實現一體化。
參考15三坐標測量技術曲線偏差評估
局限：測量（liàng）機所需（xū）花費的成本比較高，對工（gōng）作環境的要求比較高，功能冗餘的專業性比（bǐ）較差，測量（liàng）軟件需要進行二次（cì）開發，測（cè）量效率比較（jiào）差，而且測量時間比較長。
標準樣板法
將標準樣板（bǎn）和實際（jì）葉（yè）片對應（yīng）檢測截麵（miàn）靠近，在（zài）照明燈光的輔助下，根據（jù）二者之間漏光間隙的大小，來對實際葉（yè）片與標準樣板之間的誤差進行估計。
參考16獲得標準樣板
參考17標準樣板
優點：檢測時速度（dù）比較快，而（ér）且操作比較簡（jiǎn）單，比較適合在現場使用。在進行葉片加工時，標準樣板法得到（dào）了比較廣泛的應用。
參考18標準樣板用於模型比對
局限：零件合格與（yǔ）否的檢測為（wéi）定性檢測，測量精度比較差；樣板與葉型型線（xiàn）之間具備對應關係，一個樣板隻能檢測與其對應的葉片截麵的一條型線，因此需要很多數（shù）量的標準樣板才能完成檢測，花費的檢測成本比較高。
因此，在當前的葉片型麵檢測中，隻有工序間型麵檢測才會應用標準樣板法。
激光測量技術
參考19激光振動計檢測發（fā）動機葉片
比較典型的激光測量技術主要有（yǒu）兩種，
一種是四坐標激光測量，一種是激光掃描測量。
四坐標激光測量的（de）基礎為三坐標測量，增加精（jīng）密轉台，通過非接觸式激（jī）光側（cè）頭完成測量；激光掃描測量為高速掃描葉片，借助激（jī）光光束，在進行掃描時（shí），獲取葉片型麵大量（liàng）點雲數據，形成（chéng）點雲參考（kǎo），以標準葉（yè）片的CAD模型為參（cān）考依據（jù），進行對比分析，找出存在的誤差。
參（cān）考20接觸式（shì）激光（guāng）三角測量
參考21激光測（cè）量葉片傾角
優（yōu）點（diǎn）：檢測速度比較快，采樣頻率比（bǐ）較高，具備比較（jiào）高的檢測效果。
局限：測（cè）量精度稍（shāo）差（chà）。在實際的航空發動機壓氣機葉麵型麵檢測中，應用還比（bǐ）較少。
文章來（lái）源：航空製造網
葉片材料
一、航空燃氣渦輪發動機（jī）簡述
航空燃氣渦輪發動機是屬於熱機的一種發動機，常（cháng）見（jiàn）的燃（rán）氣渦輪機類型如參考1所示：
參考1 Turbojet—渦輪噴氣發（fā）動機，Turbofan—渦輪風扇發動機，
Turboprop—渦輪螺旋槳發動機（jī），Afterburning Turbojet—加力渦輪（lún）噴氣機
燃氣輪機可以是一個廣泛的稱呼（hū），基（jī）本原理大同小異，包括燃氣渦輪噴氣發動機（jī）等等都包含在內。
它主要由進氣道（Intake）、壓氣機（compressor）、燃燒室（combustion chamber）、渦輪（turbine）、噴管（guǎn）（Exhaust）等部分構成（組成如參考（kǎo）2，參考3所示（shì））。
參考2航（háng）空燃氣輪機（jī）
參考3燃氣渦輪噴射機引擎的示意參考（參考中我們可以看（kàn）到不同部位的（de）能量大小）
它的工作原理是：新鮮（xiān）空氣由進氣道進入燃氣輪機後，首先由壓氣機加壓（yā）成高壓氣（qì）體，接著由噴油嘴（zuǐ）噴出燃油與空氣混合（hé）後在燃燒室進行燃燒成為高溫高壓燃氣，然後進入渦輪（lún）段推動渦輪，將燃氣的焓和動能轉換成機械能輸出，最後的廢氣由尾噴管排（pái）出。
二、渦輪發動機性能與（yǔ）葉片材料（liào）的關係（xì）
燃氣渦輪是航空燃氣渦輪發動機的（de）重要部件之一，我們通過采用更（gèng）高的燃氣溫度，可以使得航空燃氣渦輪發動機在尺寸小、重量輕的情況下獲得高性能；
參考（kǎo）4燃（rán）氣渦輪的示意參考
例如，渦輪進口溫度每提高100℃，航空發動（dòng）機的推重比能夠提（tí）高10%左右，國外現役最先進（jìn）第（dì）四代推重比10一級發動機（jī）的渦（wō）輪進口平均溫度已經達到了（le）1600℃左右，預計未來（lái）新一代（dài）戰鬥機發（fā）動（dòng）機的渦輪進口溫度有望（wàng）達到1800℃左右。
據報道，自20世紀60年代中期至80年代中期，渦輪進口溫度平均每年提高15℃，其中材料所做出的貢獻在7℃左（zuǒ）右。各代發動機渦輪葉片選用材料發展如表1所示。
可見，材料（liào）的發展對提高渦輪進口溫度起到了至（zhì）關重要的作用。
三（sān）、渦輪葉片材料的發展
為了滿足第一代航（háng）空噴氣式渦輪發動機的渦輪葉片的使用要求，20世紀（jì）50年代研製成（chéng）功的高溫合金憑借其較為優異的（de）高溫使（shǐ）用性能全麵代替高溫不鏽鋼，使（shǐ）其使用溫度有一個飛躍的提高，達到了800℃水平，掀起了渦輪葉片用材料的第一次革命。
參考5高溫合金材料及其微觀結構
20世紀60年代以來，由（yóu）於真空（kōng）冶煉水平的提高和加（jiā）工工藝的發（fā）展，鑄造高溫（wēn）合金逐漸開始成為渦輪葉片的主選材料。
參考6高（gāo）溫合金（jīn）真空（kōng）鑄造航空發動機葉片
定（dìng）向凝固高溫（wēn）合金通過控製結晶生長速度、使晶粒按主承力方向擇（zé）優生長，改善了合金的強（qiáng）度和（hé）塑性，提高（gāo）了合金的熱疲勞性能，並且基本消除了垂直於主應力軸的橫向晶界，進一步減少了鑄造疏鬆、合金偏析和晶界（jiè）碳化物等缺陷使用溫度（dù）達到了1000℃水平。
參考7定向凝固高溫合金，在80K/cm的溫度梯度下，
有和沒（méi）有0.5T的橫向磁場B的縱向微觀結構
參考8定（dìng）向凝固高（gāo）溫合金，在80K/cm的溫度梯度下，
有和沒有（yǒu）0.5T的橫向磁場B的橫向微觀結構
單晶合金渦輪葉片（piàn）定向凝固技術的進一步發展，其耐溫能力（lì）、蠕變度（dù）、熱疲勞強度、抗氧化性能和抗腐蝕特性較定向（xiàng）凝固柱晶合金有了（le）顯著提高，從而很快得到了航燃氣渦輪（lún）發動機界的普遍（biàn）認可，幾乎所（suǒ）有先進航空發動機都采用了單（dān）晶合金用作渦輪葉片，成為二世紀80年代（dài）以來航空發動機的重大技術之（zhī）一，掀了（le）渦輪葉片用材料的（de）第二次（cì）革命。
參考9單（dān）晶合金葉片的有限元分（fèn）析
參考10三（sān）個不同的渦輪葉片的顯（xiǎn）微結構
各代發動機渦輪葉片結構與選材發展曆（lì）程如參考（kǎo）11所示。
參考（kǎo）11各代發動機渦輪葉（yè）片結（jié）構與選用材料的（de）發展曆程（chéng）
以（yǐ）PW公司的PWA1484、RR的CMSX-4，GE司（sī）的Rene′N5為代表的第二代單（dān）晶合金與第一代單晶合金相比，通過加入3%的錸元素、適當（dāng）增大了和鉬元素（sù）的含量，使其工作溫度提高了30℃，持強度（dù）與抗氧化腐蝕能力達到很好的平衡。
在第三單晶合金Rene N6和CMSX-10中，合金成分進行一步優化，提高原子半徑大的難溶元素的總含量特別是加入高達5wt％以上的（de）錸，顯著（zhe）提高（gāo）高溫蠕變強度，1150℃的持久壽命大於150小時，遠遠高於（yú）第一代單晶合金約10小時的（de）壽命，並獲得高強度（dù）抗熱（rè）疲勞、抗（kàng）氧化和熱腐蝕性能。
美國和日本相（xiàng）繼開發出了第四代單晶合（hé）金，通過添加釕，進一步高了合金微觀結（jié）構的穩定性，增加了長時間高溫露下的蠕變強度。其1100℃下的持久（jiǔ）壽（shòu）命比第（dì）二單晶合金提高了10倍，使用溫度達到了1200℃。同代的單晶成分如表2所示。
參考12渦輪葉片的性能（néng）在過去50年內持續（xù）改善，
單晶合（hé）金（jīn）鑄造技術成為現今的主流
四、渦輪葉片設計思想簡述
完整的渦輪葉片選材工作主要包括：
葉片結構設計
葉片強度（dù）設計
葉片材料設（shè）計
葉片製造工藝（yì）設計
葉片使用（yòng）過程中的（de）故障模式（shì）分（fèn）析
渦輪葉片結構設計是葉片選材的出發點，20世紀90年代以來（lái），世界航空發動機（jī）設（shè）計與製造商在各（gè）種新型發動機渦輪葉片的設計上大都采（cǎi）用了先進的複合傾斜、端壁斜（xié）率和（hé）曲率控製等（děng）技術。
該技術的劣勢（shì）在於：
（1）給單晶生長控製帶來很大困難；由於凝固過程中的溫度場與溫度梯度分布複雜，一（yī）旦結構的突（tū）變區溫度梯度控製不（bú）當或溫度場分布（bù）不合理，使樹枝晶的順利生長容易受阻而產生分支或停滯，就容易形成新的晶粒而破壞葉（yè）片單晶生（shēng）長的完整性，降低葉片局（jú）部的力學性能。
（2）單晶葉片製造工序繁多，過程複雜，在表麵處理、氣膜孔加工、噴塗塗層等過（guò）程中非常（cháng）容（róng）易產（chǎn）生外來應力，使（shǐ）其在後續長時間的高溫使用過程中也可能出現再結晶現象，為發動機渦輪葉片的安全可（kě）靠使用帶來潛在危險。
參考13渦輪（lún）葉片的設計創新
參考14渦（wō）輪葉片冷卻膜冷卻孔（kǒng）
從材料學的角度來看，決定渦輪葉片（piàn）材料破壞的主要參數（shù）是（shì）溫（wēn）度、時間、應力、環（huán）境氣氛和材料的微觀（guān）結構狀態等（děng）。
發動機工作的溫度、時間和環（huán）境氣氛能簡單地確定，而應（yīng）力的參數則難以確定，因為實際葉片都是在（zài）複（fù）雜應力狀態（tài）下工作的，材料的微（wēi）觀結構狀態則是（shì）以上四種狀態變量的體現（xiàn）。
發動機渦輪葉片是（shì）渦輪部件中（zhōng）溫度最高和承受熱衝擊最嚴重的零件，不僅處於腐蝕性的燃氣包圍（wéi）中，而且還承受（shòu）高（gāo）溫和高（gāo）應力的作用；
因（yīn）此，對（duì）於葉片材料的要（yào）求也是全方位的
第一，必（bì）須在較高的工作溫度（dù）下具有高的熱（rè）強度，即具有（yǒu）高的持久強（qiáng）度極限（xiàn）和蠕變極限；
第二，要保證材料在使用壽命（mìng）下具有良好的組織穩定性、再結晶傾向盡可能小；
第三，要（yào）具有良好的物理性能，如較低的密度、良好（hǎo）的導熱性能（néng）、較小（xiǎo）的線膨脹係數；
第四，要具有良好的工藝性能；
第五，要求在長期使（shǐ）用溫度（dù）下有高的抗氧化和抗熱腐蝕的能力，良好的抗熱疲勞性與抗熱衝擊的性能。
五（wǔ）、渦輪葉片用新型材料展望
從單晶合金的發展來看，使用溫度已經超過了1200℃，與合金（jīn）的初熔溫度相比僅有不足200℃的差距，鎳鋁（lǚ）金（jīn）屬間化合物與铌-矽基合金是二種有希望成為新一代（dài）超高溫（wēn）材料的（de）新型高（gāo）溫合金，
它們的密度不足鎳基（jī）高溫合金的4/5，采用（yòng）這兩種合金製造的高壓渦輪（lún）葉片估計（jì）能夠使轉子質（zhì）量減輕30%左右。
缺點是：
（1）抗氧化性能差；
（2）高溫強度相對較低。
總的（de）來看，目前以上（shàng）兩種新型材料的（de）技術成熟度都不能滿足未來新一代戰鬥機發動機的設計使用要求，渦輪（lún）葉片用材料的第三次革命還須等待（dài），在未（wèi）來的一段時間內（nèi），先進單晶合金仍然是高性能航空燃氣渦輪發動機渦輪葉（yè）片（piàn）的（de）主（zhǔ）導（dǎo）材料。
六、結論
從航（háng）空發動機渦輪葉片的發展曆程來（lái）看，材料（liào）、工藝（yì）與設計（jì）一體化的趨勢越（yuè）加明顯。發動機設計是由低水平向高水平發展，葉片材料設計也是（shì）如此，設計階段不同，設計要求不同，設計方法不同，采用的材料和製造工藝也不相同。
因此，必須根（gēn）據葉片結構設計要求（qiú）不斷開發新型高溫材料，擴（kuò）大葉片選材範圍，保證發動機性能的不斷提高。
冷卻關鍵技術（shù）
對於渦扇發（fā）動機而言（yán），提高渦輪進口燃氣溫度（dù）對於改（gǎi）善發動機性能，如增大發動機推力（lì），提高發動機的效（xiào）率和發（fā）動機的推重比（bǐ）都具有極其重要的意義（yì）。
然而，渦輪進口燃氣溫度卻受渦輪材料的耐熱能力所限製。
目前，先（xiān）進（jìn）航空（kōng）渦扇發動機的渦輪（lún）進（jìn）口燃氣溫度已經（jīng）達到1800K~2050K，超出了耐高溫葉片材料可承受的極限溫度，所以必須采用有效的冷卻方式來降低渦輪葉片的壁麵溫度。參考1給出了渦輪進口燃氣溫度的逐年變化趨勢。
目前，渦輪葉片冷卻技術普遍應用於大型航空渦扇發（fā）動機，而在彈用渦扇發動機上的應（yīng）用相對較少。
但隨著國內外導彈的不斷發展進步，要求導彈飛（fēi）的更高、更快、更遠，同時又（yòu）不能過多增加發動機的尺寸和重量，這就對彈（dàn）用發動機的性能提出了更高的要求，為了滿足導彈這種研製模式的（de）需求，彈用渦扇發動機采用渦輪葉片（piàn）冷卻技（jì）術（shù）已成為一種必然的發展趨勢。
1、渦輪葉片冷卻技術的（de）基（jī）本原理
能在（zài）高溫、高速、高壓（簡稱“三高（gāo）”條件下穩定工作是現代渦扇發動機對渦（wō）輪性能提出的最基本要求（qiú）。
對於氣流而言，溫度、速度和壓力是密切相關（guān）的三（sān）個參量，於是“三高”要求最終就體現在盡可能提高渦（wō）輪進口燃氣溫度上麵，而渦輪進口燃氣溫度也（yě）就成了衡量發動機（jī）性能（néng）好壞的一個關鍵性指標。
根據計算，渦輪進口燃氣溫度每提高55°C，在發動機尺寸不（bú）變的（de）條件下，發動機推力約可（kě）提高（gāo）10%。可見，提高渦輪進口燃氣溫度有很高的（de）實用（yòng）價（jià）值，但由於渦（wō）輪葉片材料可承受的（de）溫度有（yǒu）限，這就需要對渦輪葉片采用冷卻技術來提高這一指標。
航（háng）空發動機冷卻技術很複雜，並且各個發動機製（zhì）造廠采（cǎi）用的技術（shù）各不相同，甚至相同的發（fā）動（dòng）機製造廠為各種不同型號的發動機使用了不同的冷卻（què）係統。
發動機冷卻（què）係統的設計要保證係統在運行時,葉片（piàn）表麵（miàn）最高溫度和溫度梯（tī）度與設計壽（shòu）命規定的最大葉片熱（rè）應力（lì）相適應。
冷卻工質太少會導致葉片溫度較高，從（cóng）而降低（dī）熱部件（jiàn）工作可靠性，縮短熱部件壽命，但冷卻工質太多又（yòu）會降低發動機（jī）性能。
因而必須合理設計發動機冷卻係統，以使冷卻用的壓氣機抽氣（qì）量最小，同時能提高渦輪進口燃氣溫度，達到（dào）最大效（xiào）益。
目前，國內外廣泛采用的是開式冷（lěng）卻方（fāng）法，即冷卻空氣從壓氣機引出，冷卻渦輪後排入渦輪通道與燃氣混合。參考2為典型的發動機冷卻供氣係統。
該方案比較簡單，結構上容易實現，而且不用額外負載大量的冷卻氣；缺點是引（yǐn）走了部分經過壓氣機壓縮的空氣，消耗（hào）能量，而且隨著增（zēng）壓比和（hé）飛行速度的增加，冷卻（què）空（kōng）氣本身溫度增高，冷卻效果變差。
對於不同的冷卻方式，其基本的冷卻原理（lǐ）是冷氣從葉片下（xià）部進入葉片內部，通過冷（lěng）卻通道對葉片的內（nèi）表（biǎo）麵進行有效的冷卻，然後由葉片上的小孔流出對葉片外表麵進行冷卻保護。
2、國外研究現狀（zhuàng）
由於渦輪進口燃氣溫度的（de）重要性，這一指標總是作為發動機發展的一（yī）個（gè）重（chóng）要標誌。
20世紀70年（nián）代，渦輪進口（kǒu）燃氣的溫度為1600K~1700K；90年代末已達2112K；而本世紀初將要達到2300K~2400K；平均每年以15K~20K的速度遞增。
然而，高溫（wēn）合金耐（nài）溫程度的發展速（sù）度卻遠遠滯後於這一水平，而且據估計，高溫合金的（de）允許工作溫度不會超過1500K。
這樣，除了（le）發展（zhǎn）新（xīn）材料和新結構之外，在不改變目前可用金屬材料的情況下，要保證燃燒（shāo）室和燃氣渦輪這兩個主要的熱端部件可靠地工作並達到要求的使用壽命，唯一可行的便是采取冷卻和熱防護措施。
事實（shí）證明，冷卻技術的效果極為顯著，20世紀60年（nián）代，采用（yòng）冷（lěng）卻技術而帶來的冷卻溫降（jiàng）為60K~100K，70年代中期冷卻溫降為（wéi）300K,目前冷卻溫降已達400K~600K;而且隨著冷（lěng）卻方法的不斷（duàn）改進，冷卻溫降還有可（kě）能達到一個新的水平。
目（mù）前，先進（jìn）發動機的（de）渦輪進口燃氣溫度已達（dá）到了2000K左右，比高壓渦輪葉片金屬（shǔ）材料的熔點高400K，可見冷卻設計的重要性和迫（pò）切性。
因此（cǐ），國外很多航空航天先（xiān）進國家都在大力研究發展冷卻技術，而且先進（jìn）的冷卻設計能夠帶來巨大的經濟和使（shǐ）用效益，主要體現在以下5個方麵：
因提高（gāo）渦輪進口燃氣（qì）溫度而提高了（le）發動機性能；
因允許使用（yòng）更簡單的材料而降低了成本；
因減少金屬壁（bì）厚度而減輕了重量；
因減小了冷氣消耗量而提高了效率；
因延長（zhǎng）部件壽命進而延長了發動機的使用期限。
目前（qián），國外廣泛用於航空發動（dòng）機渦輪葉片冷卻的基本冷卻技術主要（yào）有（yǒu）氣膜冷卻、衝擊冷卻、發散冷卻、肋壁強化換熱、繞流（liú）柱強化換熱等（děng）。參考3為常用典型渦（wō）輪葉片冷卻結構。
3、發（fā）展趨勢
美國國（guó）防部開展的綜合高性能（néng）渦輪發動機技術(IHPTET)計劃製定了詳細（xì）明確的部件級目標。對（duì）於渦輪部件，其研究目（mù）標是渦輪進口燃（rán）氣溫度提高500K，冷卻空氣減少60%，質量減少50%，單級載荷增加50%，生產成本（běn）和維（wéi）修成本降低10%。
為實現這些目標，必須麵臨一係（xì）列技術挑戰。該計劃提及的三大技術難題（tí）是：在不增加損失和極限載荷的情況（kuàng）下提高級載荷；在不增加轉子質量的情況（kuàng）下為提高轉子的轉速而設計渦輪盤和葉片附件；在減少冷氣流量的情況下提高燃氣進（jìn）口（kǒu）溫度的困難。
英國也相應開展了（le）“先進核心軍用發動機”（AC-ME）的研究，計劃把推重比為20定為2020年的目標，到那時發（fā）動機的渦輪進口燃氣溫度將達到2400K。
為了解決更高溫度帶來的一係列問題，在提高材料的耐熱性，發展高性能耐熱合金，並製造單晶葉片的同（tóng）時，就要發展采用更先進的冷卻技術，以（yǐ）少量的冷卻空氣獲得更（gèng）高的降溫效果。
目前國外（wài）冷卻技術的發展方向是挖掘現有冷卻方（fāng）式的潛力，精細組織冷（lěng）卻氣流提（tí）高冷卻效果；發（fā）展新的冷卻結構和冷卻方式。新型冷卻技術有層板冷卻和複合冷卻技術。
3.1層（céng）板（bǎn）冷卻技（jì）術
層板冷卻技術始於Colladay提出的一個理（lǐ）論：在燃氣輪機高溫部件的冷卻中，為了有效（xiào）利用冷氣，在形（xíng）成氣膜之前一定要增強內部對流換熱，即可以通過內部對流冷卻、衝擊冷卻、擾流柱（zhù）、肋壁（bì）等強化換熱方式對葉片（piàn）進行冷卻。
基於（yú）這種理論及全氣（qì）膜冷卻形成（chéng）了多層壁氣膜冷卻結構。其基本原理類似於多孔（kǒng）發散冷（lěng）卻。冷氣在層板內（nèi）部許多細小的通道內流過並吸收熱量（liàng），然後從氣膜孔流出。參考4給出（chū）了層板冷卻的結構示意參考。
3.2複合冷卻技術（shù）
複合冷卻技術（見參考5)就是在渦輪葉片上同時使（shǐ）用多種冷卻技術，但並不是簡單的組（zǔ）合，因為不同冷卻方式之間會產生相互的影響（xiǎng），比如冷卻氣流經過肋的擾動形成的二次流會對氣膜孔的出流產生—定的影（yǐng）響。
因此，複合（hé）冷卻的研究相對比較複雜，目前國內外在這方麵的研究還不是很多。
3.3冷卻葉片設計優化
在發展冷卻（què）技術（shù）的同時，渦（wō）輪冷卻葉片的設計優化也非常重要。目前（qián），美國等西方發達國家正在努力發展航空發動機及渦輪冷卻葉片的多學科優化技術（MDO)，包（bāo）括優化理論與算法、計算流體力學方法、多學科耦合分析等，取得了很大的進步，出現了多種MDO軟件。
4、關鍵技術
渦輪冷卻技術的研究在（zài）國外（wài）已經有60多年的發展曆史，到現在已（yǐ）經取得了（le）顯著的成果，總結出了一（yī）些渦輪冷卻設計方麵的（de）經驗（yàn）和方法。
但是由於渦輪冷卻技術具有多學科的複雜性，至今並不（bú）算十分完善，還有許多關鍵（jiàn）技術需要解（jiě）決，以進一（yī）步提高渦輪冷（lěng）卻的效率。
在後續渦輪冷卻技術的研究中如下關鍵（jiàn）技術和研（yán）究方向有待關注：
研究合理的渦輪冷卻葉片結構設計方法。選擇合理的冷卻結構，降低冷卻結構（gòu）對葉片強度、氣流流動的影響;
設計有效的渦輪葉片冷卻係統，必須充分了解渦輪內部詳細的燃氣流動特性，準確預（yù）測葉片的（de）冷卻（què）效果和熱分布，防止出現局部熱斑；
完（wán）善冷卻係（xì）統和向流通通道放氣的方法。目的是減小所需的冷卻空氣流量（liàng）和所用的（de）能量，以及附加損（sǔn）失（shī）；
減少冷卻係統的空（kōng）氣泄流（采用的方（fāng）法有密封冷卻係統，應用渦輪導向器裝置等（děng）），以及發動機工作在低負荷時，關閉冷卻係統；
研究冷卻結構和工藝方法，以提高渦輪冷卻效率。如在（zài）葉片上塗隔熱塗層、冷卻氣（qì）路（lù）設計等。
5、結束語
本文通過對國外的渦輪葉片冷卻技術發展及相關（guān）關鍵技術的研究，認為采用渦輪葉片冷卻技術（shù）能夠大幅度提高渦扇發（fā）動機的性（xìng）能，並且具有廣泛（fàn）的應用前景。
目前，國外先進的航空發動機（jī）基本均已采（cǎi）用此項技術（shù）。對於彈用渦扇發動（dòng）機而言，隨（suí）著導彈的不斷發展（zhǎn），對發動（dòng）機的要求（qiú）越來越高（gāo），采用渦輪葉片冷卻技術（shù）將是一個（gè）必然的發展（zhǎn）趨勢。
參考6渦輪葉片的發展曆程
因此，加大研究力度，注（zhù）重吸取國外的先進技（jì）術和經驗，強調理論研究和試驗相結合。相信（xìn）渦輪葉片冷卻技術的發展必將把彈用渦扇發動機推（tuī）向一個新的高度。
單晶葉片
概述
渦輪葉片也（yě）稱動葉片，是渦輪發動（dòng）機中（zhōng）工作條件最惡劣的部件，又是最（zuì）重要的轉動部件。
在航（háng）空發動機熱端部件中，渦輪葉片承受發動機起動、停（tíng）車循環的高溫（wēn）燃氣衝刷、溫度交變，轉子葉（yè）片受高轉速下的（de）離心力作用，要求（qiú）材料在高溫下具有（yǒu）一定蠕變強度（dù）、熱機械疲勞強度、抗硫化介質腐蝕等（děng）。
先進航空發動機的燃氣進口溫度達1380℃，推（tuī）力達226KN。渦輪葉片（piàn）承受氣動力和離心力的作用，葉（yè）片部分承受拉應力大約140MPa；葉根部（bù）分承受（shòu）平（píng）均應力為280~560MPa,相應的葉身承受溫度為650~980℃，葉（yè）根部（bù）分約為760℃。
渦輪葉片的性能水平(特別是（shì）承溫能力)成為一種型號發動機（jī）先（xiān）進程度（dù）的重要標（biāo）誌,從某種意義上說，未來發動機葉片的鑄（zhù）造工藝直接（jiē）決定了發動機的性能,也是一個國家航空工業水平的顯著標誌。
因此，渦輪葉片材料要具有足夠的（de）高溫拉（lā）伸強度、持久強度和（hé）蠕變強（qiáng）度，要有良好的（de）疲勞強度及（jí）抗氧化、耐燃氣腐蝕性能和適當的塑性。此外，還要求長期組織穩定性、良好的抗衝擊強度、可鑄性及較低的密度。
燃機功率的不斷提（tí）高,是靠提高透平（píng）進氣溫度來實現的（de）,需要（yào）采用承（chéng）溫能力愈（yù）來愈高的先進葉（yè）片。
除了高溫條件,熱端葉片的工作環境還處在（zài）高（gāo）壓、高（gāo）負荷、高震動、高腐蝕的極端狀態,因（yīn）而要求葉片具有極高的綜合性能（néng）,這就需要葉片采用特殊的合金材料(高溫合金),利用特殊的製造工藝(精密（mì）鑄造加定向凝固)製成（chéng）特殊的基體組（zǔ）織(單晶組（zǔ）織),才能最（zuì）大可（kě）能地滿足需要。
複雜單（dān）晶空（kōng）心渦輪葉片已（yǐ）經成為當前高推重比發動機的（de）核心技術,正是先進單晶合金材料的研究使用和雙層壁超氣冷（lěng）單晶葉片製造技術的出現,使單晶製備技術在當今最先進的軍用和（hé）商用航空發動機發揮關鍵作用。
目前,單晶（jīng）葉片不僅早已安裝在所有先進航空發動機上,也越來也多地用在（zài）了重型燃（rán）氣輪機上。
發展曆史
20世（shì）紀60年代中期，美國PW公司的F.L.Varsnyder及同事們發明了高溫合金定向凝固技術，使合金的晶粒沿熱（rè）流流失方向定向（xiàng）排列，基（jī）本消除垂直於應力軸（zhóu）的薄弱的橫向晶界，這使鑄造（zào）合金的力學性能（néng）又上一個新台階。
70～80年代，又由鑄（zhù）造的多品結構發展為定向結晶結構，現在已（yǐ）實現能將整個葉片鑄（zhù）成（chéng）一個晶體，即單晶葉（yè）片，單晶葉片鑄件的理想組（zǔ）織是葉根、葉身和葉冠，都由毫無缺陷（xiàn）的多相單晶體組成。
這種改進不僅可提高葉片的耐（nài）高溫性能，還能延長葉片在高溫條件下的工作壽命。
渦（wō）輪葉片合金的承溫能力
20世紀70年代（dài），美國首先用（yòng）在軍用發（fā）動機上，然後在（zài）民用飛機上使用（yòng）PWA1422定向葉片（piàn），到（dào）80年代又在F100發動機上使用PWA1480單晶葉片.
從此，定向和單晶葉片成為各類先進發動機的重要特色（sè），定向凝固技（jì）術的發展使鑄造高溫合金承溫能力大幅度（dù）提高.80年代後發動（dòng）機推重比由8提高至10，渦輪（lún）葉片開始用第一代單晶高溫合金PWA1480和RenéN4等。
隨後采用（yòng）第二代單晶合金PWA1484，在1100℃、100h持久強度達140MPa。20世紀90年代後研製第三代單晶合（hé）金有RenéN6、CMRX-10、添加錸（lái）(5%～7%)或鎢（wū）和鉭等元素，提高合金的熔點（diǎn）、初熔溫度、使用（yòng）溫（wēn）度。
研究表明，第3代單晶高（gāo）溫合金CMSX-10比第2代單晶合金CMSX-4具有十分明顯的蠕變強度優勢。通過葉片內孔冷卻(≥400℃)和表麵（miàn）隔熱塗層(≥150℃)，從而使渦輪前溫度達到1650℃。
導向葉（yè）片用（yòng）金（jīn）屬（shǔ）間化合物合金在1200℃，100h持久強度達100MPa。1550℃以下陶瓷複合材料及1650℃以上C/C複合材料是（shì）渦輪葉片和導向葉片的後（hòu）繼材料。
英國RR公司近年（nián）研製的第四代單晶（jīng）合金RR3010的（de）承溫能（néng）力比定向柱晶合金約高100℃。
目前幾乎所（suǒ）有先進航空發動機都以采用單晶葉片為特色,正在（zài）研製中的推重比為10的發動機F119(美（měi）),F120(美),GE90(美)，M88-2(法),P2000(俄)以及其他新型發動機都采用單晶高溫合金製作渦輪葉片。
美國（guó）的Howmet公司（sī）、GE公司、PCC公司、Allison公司以及英國RR公司,法（fǎ）國的CNECMA公司,俄羅斯的SALUT發動機製造廠等廠商（shāng）均大量生產單晶零件,品種包括渦輪葉片（piàn）、導向葉片、葉片內外環（huán）、噴嘴扇形段、封（fēng）嚴塊、燃油噴（pēn）嘴等,用於軍用和商用飛機、坦克、艦船、工業燃氣輪機、導彈、火箭、航天飛機（jī）等。
渦輪葉片製造技術
渦輪葉（yè）片的發展經曆了細（xì）晶強化、定（dìng）向凝固和鑄造單晶三個階段。
半個多世紀以來，渦輪葉片的承溫能（néng）力從上世紀40年代（dài）的750℃提高到了90年代的1500℃左右再到（dào）目前的2000℃左右。
而鎳基（jī）高溫合金單晶葉片與定向凝固葉片相比可提高工作溫度25℃~50℃，而每提高25℃從工作效率的角度來說就相當於提高葉片工作（zuò）壽命3倍之多。
應該說，這一巨大（dà）成就是葉片合金、鑄（zhù）造工藝、葉片設計（jì）和加工以及表麵塗層各方麵共同發展所做出的共同貢獻。
現代航空發動機渦輪（lún）前溫度大大提升，F119發（fā）動機渦輪前溫度高達1900~2050K，傳（chuán）統工（gōng）藝鑄造的（de）渦輪葉片根本無法承（chéng）受如此高的溫度，甚至會被熔化，無法有效地工作。
單晶渦輪葉（yè）片成功解決了推重比10一級發動機渦輪葉片耐高溫的問題，單晶渦輪葉片優（yōu）異的耐（nài）高溫性（xìng）能主要取決於整個葉片隻有一個晶體，從而（ér）消除了等軸晶和定向結晶（jīng）葉片（piàn）多晶體結構造成晶界間在高溫性能（néng）方麵的缺陷。
單晶葉片的（de）凝固缺陷
單晶渦輪葉片是目前（qián）航空發動機（jī）所有零件中製造工序（xù）最多、周期最長、合格（gé）率最低、國外封鎖和壟斷最為嚴格的發動（dòng）機零件。
製造單晶（jīng）渦輪葉片的工序包（bāo）括壓芯、修芯、型芯燒結、型芯檢驗、型芯與外型模具的匹配、蠟模壓注、蠟模X光檢驗、蠟模壁厚檢測、蠟模修整、蠟（là）模組合、引晶係統係統及澆冒（mào）口組（zǔ）合、塗料撤砂、殼型幹燥、殼型脫蠟、殼型焙燒、葉片澆（jiāo）注、單晶凝固、清殼吹砂、初檢、熒光檢查、脫芯（xīn）、打磨（mó）、弦寬測量、葉片X光檢查、X光底片檢查（chá）、型麵檢查、精（jīng）修葉片、葉片壁厚檢測、終檢等（děng）製（zhì）造（zào）環節。
除此之外，還必須完成渦輪葉片精（jīng）鑄模具設計和製造工作。
砂塵衝蝕（shí）測試
葉片三維數據型（xíng）麵檢（jiǎn）測
高溫合金單晶化（huà）工藝
從加工工藝上來分（fèn），高溫合金有變形、鑄造和粉末高溫合（hé）金。從上世紀40年代（dài）起至今，鑄造高溫合金有（yǒu）了很大的發展。
包括鎳基和鈷基合金，經常（cháng）使（shǐ）用的（de）合金不（bú）下幾十種。為了滿足實際生產（chǎn）的需要和充分發揮鑄造合金的綜合性能，采用了一些措施來控製晶粒度、改善（shàn）枝晶偏析和冶金缺陷。
各種渦輪工作葉片的晶體結構
高溫合金單晶化的方法通常分（fèn）為（wéi）液相法，氣相法，和固相法三種。概括起來就是控製形核和抑製生長。為了使鑄件單晶化，必須嚴格（gé）控製凝固時間的溫度梯度。
1）液相法
液相法（fǎ）是從液體中結晶出單晶體的方法。
基本原理是設法使液（yè）體（tǐ）結晶時隻（zhī）有一個晶核（hé）形成並長大（dà），它可（kě）以是事先製備好的籽晶（小尺寸單晶），也可以是在液（yè）體中析出的晶核。
液體可以是水（shuǐ）溶液，但更多的是高溫下的熔體。
其（qí）中垂直提拉法是製（zhì）備大尺寸單晶矽（重達（dá）十幾公斤）的主要方法。先將材料放入坩堝熔（róng）化，將籽晶放在籽晶杆上，下（xià）降到與熔體接觸（chù），然後使坩堝溫（wēn）度緩慢下降，並向上（shàng）旋轉提拉籽晶杆，這樣液體以籽晶為核心不斷長大，形成單晶體（tǐ）。
為保證（zhèng）材料（liào）純度，避免非均勻形核，全部操作應在真空或惰性（xìng）氣體保護下進行（háng）。
另一（yī）種（zhǒng）方法是尖端形核法，其原理是將材料放入具有尖底的容器中熔化（huà），然後使容器（qì）從加熱爐中緩慢退（tuì）出，讓（ràng）尖端部分先冷卻，形成第一個晶核，並不斷長大，形（xíng）成單晶體。
尖端形核法示（shì）意參考
2）選晶（jīng）法
選晶法的原理是具有狹窄截麵（miàn）的選晶器隻允許一個品粒長出它的（de）頂部（bù）,然後這個晶（jīng）粒長滿整個鑄型（xíng）型腔,從而得（dé）到整體隻有一個晶粒（lì）的單晶部件。
選晶法是單晶高溫（wēn）合金葉（yè）片製備中最基本的工藝方法,選晶行為對單晶凝固組織以及單晶缺（quē）陷（xiàn）的形成（chéng）有重要影響,最終作用於合金的（de）力學性能。
通常把常見的單晶選晶器歸納為4種類型:轉折（shé）型、傾（qīng）斜型、尺度限（xiàn）製型(縮頸選晶器)和螺旋型（xíng）。螺旋（xuán）型選晶器（qì）是目前應用最廣泛也是最成功的選晶（jīng）器類型（xíng）。
3）籽晶法
製取單晶的另一種方法是籽晶法材料和（hé）要鑄造部件（jiàn）相同的籽晶（jīng）安放在模殼的最底（dǐ）端,它是金屬和（hé）水冷卻銅板接觸的唯一部分。
具有一定（dìng）過熱的熔融金屬液在籽晶的上部流過（guò）,使（shǐ）籽晶部分熔化,這就避免（miǎn）了由於籽晶表麵不連續或加工後的殘餘應力引發的再結晶所造成的（de）等軸晶形核。
同時，過熱熔融金屬的熱（rè）量把（bǎ）模殼溫度升高到了合金的熔點以上,防止（zhǐ）了在模殼（ké）壁上（shàng）形成（chéng）新的晶粒。金屬熔液就從剩餘的籽晶（jīng）部分發生外延生長,凝固成三維取向和籽晶相同（tóng）的單晶體。
4）氣相法
直接從氣體中凝固或利用氣相化學反應製備單晶（jīng）體的方法。包括升華法（如硫化鎘和硫化鋅單晶）、氣相反應（yīng）法（如氧化鋅、氮化鋁和氮化（huà）釩單晶）、氣相分解（jiě）法（如低價氧化物和金屬（shǔ）單晶）、氣相外（wài）延（yán）法（fǎ）（如砷化镓、磷化镓、砷化（huà）銦和磷化銦單晶（jīng））。
化學氣相沉積合成（chéng）石墨烯
應用差距
國內外各時期典型葉片材料的使用溫（wēn）度對比
羅.羅公司（sī）的Trent800發動機（jī）的渦輪（lún）葉片（piàn）使用（yòng）第三（sān）代（dài）單晶合金（jīn）CMSX-10製造，工作溫度達1204℃。我國第一代單晶合金為DD3，於20世紀90年代（dài）用於航空發動機渦輪葉（yè）片，該合金（jīn）相當於美國第一代單晶合金PWA1480。
我國（guó）第二代單（dān）晶合金（jīn）DD6也（yě）用於（yú）航空發動機渦輪葉片（piàn）。
目前先進的燃氣渦輪發動機幾乎都采（cǎi）用（yòng）單晶（jīng）鑄造合金葉片。
單晶（jīng）高溫合金是迄今在先進（jìn）發動（dòng）機中用作渦輪葉片的重要材料，承受著最（zuì）苛刻的（de）工作條件，從F100-PW-220發動機用於PWA1480第一代單（dān）晶合金到（dào）EJ200和（hé）F119采用（yòng）的RR3000和CMXS10的第三代單晶，使渦輪進口溫度提高了80℃，接近材（cái）料的初（chū）熔溫度。美國普惠公（gōng）司建（jiàn）立了單晶葉片生產線，年產量達9萬片。
據統計，現在至少有六種軍用機和民航（háng）機使用了單（dān）晶鑄造葉片，工作時數達960萬h，這些飛機包括F-16、波音767、空客A310、AH-1T直升機、米格-29、蘇-27等。
單晶渦輪葉（yè）片，目（mù）前世界上（shàng）隻有美國、俄羅斯（sī）、英國（guó）、法國、中國等少數幾個國（guó）家（jiā）能夠製（zhì）造。近年來（lái），國內在單晶渦輪葉片製造中也取得了較大的進步，研製並批量（liàng）生產了高功（gōng）重比渦軸發動機（jī）單晶渦輪葉片。
展望未來
20世紀70年代以來,各國都對其他係列的高溫材料進行（háng）過大量的研究,但是,迄今還沒有一類材料能像（xiàng）鑄造高溫合金這樣具有良好的綜合性能。
在本世紀,通過優化的合金設計,再加上定向工藝的繼續進步,將研（yán）究出超過現有合金強度和（hé）承溫能力的單晶（jīng）高溫合金。
在本世紀的相當長時期（qī）內,單（dān）晶合（hé）金仍將是燃氣渦輪發動機最重要的材料。
目前正在大力開（kāi）發陶瓷等新材料、新技術，估計在不遠的將來，新的、性（xìng）能更好的、采（cǎi）用陶瓷材料製（zhì）造的渦輪工作葉片及用其他新技術裝備起（qǐ）來的航空發動機（jī）可望投入使用，到（dào）那（nà）時軍、民用飛機的性能必將有大幅度的提高。
HPT葉（yè）片俗稱航空工業皇冠上的（de）明珠，技術（shù）含量極高，可以說代表了一個國家航空工業水平的高低，就算報廢（fèi）不裝（zhuāng）機使用的退役葉片（piàn）都具有（yǒu）較高的收藏價值和教學科研價（jià）值，而（ér）且市場（chǎng）流通的（de）量非常有限（xiàn），價值不（bú）菲。
五（wǔ）、結語
精密特種（zhǒng）加工技術作為未來製造業的重要發展方向之一，正以其高（gāo）精度、高（gāo）效率（lǜ）和高靈活性的特點引領著製造業的轉型升級（jí）。我們有（yǒu）理由相信，在不久的將來，精密特（tè）種加工（gōng）技術www.dgszm.com將為我們帶來更多（duō）驚喜和變（biàn）革（gé），推（tuī）動製（zhì）造業邁（mài）向更加（jiā）美好的未來。
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