用于汽轮机叶片的钛合金材料Ti6A14V0摇臂轴

用于汽轮机叶片的钛合金材料—Ti—6A1—4V

用于汽轮机叶片的钛合金材料—Ti—6A1—4V 2011年12月09日 来源： 中图分类号：TK265　　　文献标识码：A文章编号：1001－2060（2000）03－0317-03Titanium Alloy Ti-6A1-4V, a Metal Used for the Fabrication of Turbine BladesTu Shan　Sun Bi　Mao Jingru （College of Energy Sources and Power Engineering under the Xi'an Jiaotong University, Xi'an, Shaanxi, China, Post Code 710049）The uprating of a steam turbine power output will necessitate the increase in area of the turbine last-stage flow path and an enhancement in blade corrosion-resistance. The chrome alloy steel blades currently in use can hardly meet the relevant requirements. Hence, it is essential to conduct a comprehensive research for the application of blades made of titanium alloys. The present paper gives a brief description of the properties and the use of titanium alloy blades.Key words: steam turbine, last-stage blade, titanium alloy1　前言　　目前，发电及各种动力装置的容量正在急速扩大，汽轮机单机容量也要相应地增大，这就必须要增大各级叶片的容量或出力。增大叶片容量的方法约有：加长叶片(增大通流面积)和提高机组转速(增大叶片承受能力)。对于电站汽轮机，受频率限制，难以改变转速，只能增加叶片长度；对于工业汽轮机，可同时采取改变转速和增长叶片的做法。无论哪一种方法，都会使作用在叶片上的离心力增大，导致叶片的工作应力增大。这对于汽轮机高应力工况下的末级叶片来说尤为严重。　　同时，低压蒸汽轮机叶片断裂已成为早期投运的火电机组最主要的事故停机原因。它占机组停机率的20%～25％，其中约有1／3与腐蚀及冲刷磨损因素有关［1］。叶片断裂主要发生在末级和次末级。这些级叶片的工作蒸汽处于湿蒸汽的状态，蒸汽中的杂质如氯化物、氢氧化物和硫化物等杂质会析出并凝集，影响叶片材料的抗腐蚀疲劳强度。用一般的12%Cr和13%Cr马氏体钢普通叶片材料，在有腐蚀性氯化物、硫酸盐等环境中，会导致叶片表面点蚀、叶根和叶顶或围带和拉金间产生应力腐蚀。为了满足大功率汽轮机发展的要求，广大科技人员一直在努力研究、开发钛合金叶片。2　钛合金的性能　　钛是一种低密度金属，它的密度是4 429 kg/m3约为钢密度7 750 kg/m3的60%。在50年代中期，钛用于宇航和航空工业中，六七十年代开始了商业应用。纯钛的强度并不高，但在加入铝、矾、钼等金属成分后，钛合金达到了与高强度钢相比的强度等级。钛合金除了密度低而强度高的特点外，还具有较低的弹性模数，因而与钢相比，钛合金具有更高的韧性。另外，钛合金的耐腐蚀疲劳强度不太会受周围环境的影响，具有高抗腐蚀性能，可以用来解决汽轮机中叶片腐蚀问题。这些特点都是历来汽轮机所用叶片材料不具备的。　　用于汽轮机叶片材料的钛合金Ti－6A1－4V已成功地使用了二三十年，它具有良好的综合性能，在运行中已积累了大量的经验。2.1　Ti－6A1－4V的金相组织　　用做叶片的Ti－6A1－4V钛合金材料，通常被制成(α＋β)型的双相组织［1］。加工过程和热处理方式的变化可以使Ti－6A1－4V合金产生各种不同的金相组织。从各方等大α相伴随晶间β相直至全部层状(α＋β)相和在层状(α＋β)相基体上的各方等大α晶粒的特殊金相结构。金相组织对Ti－6A1－4V合金的机械性能特别是弹性模数有重要影响。对于叶片来讲，控制弹性模数很重要，因为叶片的振动频率是随之而变的。模数主要由轧制的方向和温度确定。垂直于基面方向的弹性模数最大，而平行于基面方向的弹性模数最小。Ti－6A1－4V合金的最佳状态是有着混合BT基体的细粒两种形态结构。　　Ti－6A1－4V的热处理——退火，相对来说较简单，却能导致极大的结构稳定性，热处理后强度水平更高。2.2　Ti－6A1－4V的性能2.2.1　机械性能　　Ti－6A1－4V经退火后的标准屈服强度是930 MPa，比12%Cr不锈钢高出50%(见图1)。但是，Ti－6A1－4V韧性较低，延伸率的标准值是15%，约为铝的10%，比12%Cr钢也小些［2］。图1　屈服强度比较2.2.2　疲劳特性　　Ti－6A1－4V在表面无应力条件下，疲劳强度为413MPa，比12%Cr钢高出25%［2］(见图2)。图2　疲劳强度比较2.2.3　抗腐蚀性　　Ti－6A1－4V在低压缸有氯化物、氢氧化物和硫化物等的工作环境中不会产生点蚀［1］。对于海水冷却的电厂，钛表

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