前言

原文限于篇幅，沒有包含加工工藝。本文作為補充內容，介紹航空用高溫合金的加工工藝，包括鑄造工藝、鍛造工藝，以及鑄件、鍛件在航空發動機零部件的應用。

注：高溫合金原材料的加工還有熔煉工藝，可以參考轉發的文章

鎳基合金VIM+ESR+VAR三大熔煉工藝簡析 (qq.com)

鑄造工藝

航空發動機零件使用最多的是熔模鑄造工藝，特點是可以獲得最終尺寸的零件，并且成本相對較低。但是鑄件常見問題如氣孔、偏析等，機械性能無法跟鍛件相比。

航空發動機中，使用鑄件的零部件有渦輪葉片、風扇框架等，主要的制造工藝是：真空感應熔煉、鑄造、機加、精整。

從顯微組織結構上看，鑄件可分為3大類：

等軸晶鑄件，主要用于制造低壓渦輪零部件。工藝的特點是液態金屬的凝固速率只受限于膜殼的散熱能力。為了控制熱量損失的速率，膜殼通常都是絕熱的。所獲得的鑄件產品是多晶體結構，晶粒生長方向也是隨機的。

定向凝固，主要也是用于制造低壓渦輪零部件。基本原理是使用冷卻機構從一端吸收熱量，使得鑄件只沿著一個方向凝固。

單晶凝固是鑄造工藝的特殊應用，只用于承受最高溫度的應用，比如高壓渦輪葉片，燃燒室零部件等。其原理跟定向凝固相同，控制凝固溫度梯度；區別是單晶需要使用籽晶，使得液態金屬凝固時，能夠沿著擇優晶向生長，最終獲得只有一個晶粒的產品。當今世界上先進的發動機高壓渦輪葉片都是100%單晶。什么時候開始的呢？30年前！

單晶爐示意圖：

高溫合金由于其合金化元素超過10種以上，最常見的問題第一個就是偏析，所以，高溫合金必須通過均勻化熱處理消除偏析。當合金錠偏析嚴重無法消除時，可以使用粉末冶金技術，但缺點是成本較高。如下圖，單晶葉片配粉末盤。

鍛造工藝

航空發動機中，使用鍛件的零部件有盤、鼓筒軸、風扇和壓氣機葉片等，主要的制造工藝是：熔煉、轉坯、鍛造、機加、精整。

本文以盤類加工為例。高溫合金盤類零件通常在亞固溶或者過固溶條件下進行等溫鍛或者熱模鍛工藝。為了確保鍛件質量，要求每個零件必須用相同的工藝，并通過高靈敏度的超聲檢測方法進行探傷。

人們想盡各種方法去提高盤件的性能，其中有一個非常有意思的問題：能不能在盤的不同區域按照需要鍛造出不同的結構？（當然，回答這個問題之前，先要搞清楚，什么樣的結構對應于什么樣的性能。）一些先進的盤類鍛造技術被開發出來，可以按照合金成分、盤的幾何形狀進行局部鍛造工藝。產品的特點是不同區域的晶粒度不一樣，盤心細晶、邊緣粗晶。如果鍛造時再配合一定的熱處理工藝，不同區域的顯微組織結構也不一樣。

另一方面，隨著發動機的直徑越來越大，高溫合金盤的尺寸也從150mm增加到超過了800mm。這種“尺寸效應”對鍛造工藝帶來了新的挑戰，要評估的內容比較多，比如不同晶粒尺寸的影響、機加性能、抗變形能力（如下圖）、熱處理參數（尤其是冷卻速率）、慣性摩擦焊的焊接性能，等等。

零件制造

最后提一下零件制造，區別于鑄件、鍛件原材料，是指在原材料的基礎上進行的再加工。航空發動機零件主要的制造工序比如：成型、機加、焊接、熱處理、機加、精整、無損檢測。其中，機加工序工作量占比最高，焊接、熱處理等熱工藝影響最大。航空發動機中此類零件非常多，復雜結構的比如框架、各類機匣等。

文章來源：航空制造人