DD5高溫合金單晶葉片振動頻率的試驗研究*

孫洪元，馬德新，龔曉毅，趙運興，員瑩瑩，魏 冰

（1. 中南大學粉末冶金研究院，長沙 410083；2. 深圳市萬澤中南研究院有限公司，深圳 518045）

經過幾十年的發展，航空發動機工作時渦輪前進氣口溫度越來越高，推重比進一步增大，這對渦輪葉片的合金材料及其制造工藝提出了更高的要求。相比于高溫合金等軸晶和定向晶葉片，單晶高溫合金葉片具有更出色的蠕變持久性能和熱機械疲勞性能[1–3]，如等軸晶合金K417 在850℃/500 MPa 下的持久時間為30 h[4]，二代單晶合金DD6 在同樣條件下持久時間約為500 h[4]，DD6 持久性能是K417 的17 倍。因單晶高溫合金具有更優異的力學性能[5]，越來越多的單晶葉片被應用到航空發動機與燃氣輪機高低壓渦輪工作葉片和導向葉片中[6–8]。其中鎳基單晶高溫合金為面心立方結構，材料物理特性具有各向異性，即彈性模量、泊松比等參數均具有方向性，結晶取向的偏離將直接影響葉片的疲勞強度和振動等性能[1，9]。

目前，關于結晶取向對高溫合金單晶葉片振動頻率影響的研究較少。陶仙德等[10]研究了結晶取向對DD3單晶葉片固有頻率的影響，采用有限元法分析了該葉片的前6 階靜頻和45000 r/min 工作轉速下該葉片的前6 階振動頻率在相應結晶取向范圍內的變化規律，發現第二歐拉角對該葉片的低階固有頻率影響較大，但該研究未涉及實測數據。張根等[11]研究了晶軸偏轉 （結晶取向偏離）對DD6合金帶冠葉片頻率特性的影響，采用有限元分析方法，對 DD6 單晶帶冠葉片進行靜應力和模態分析，獲得了不同偏轉角下葉片固有頻率及葉冠間擠壓力的變化規律，但未將固有頻率與結晶取向之間的關系進行量化分析。……