航空發(fā)動機集中了工業(yè)制造和信息行業(yè)中的高精尖技術(shù)，最能體現(xiàn)國家的工業(yè)基礎(chǔ)、科技水平和國防實力，被譽為現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”。5月8日國務(wù)院印發(fā)“中國制造2025”計劃，提出十大重點工程，其中排名第三的即為航空航天裝備，計劃突破高推重比、先進渦槳(軸)發(fā)動機及大涵道比渦扇發(fā)動機技術(shù)，建立發(fā)動機自主發(fā)展工業(yè)體系。那么如果把被譽為“皇冠上的明珠”的航空發(fā)動機比作飛機的心臟，發(fā)動機中能量轉(zhuǎn)換的主要部件葉片便是當之無愧的“心臟中的心臟”，也有人把它譽為“工業(yè)之花的花蕊”。
給予葉片這么高的榮譽和地位，為什么呢？據(jù)了解，葉片在高溫、高速、高載荷、復(fù)雜受力狀態(tài)、頻繁交變溫度及腐蝕等條件下服役，工作條件極其苛刻，可靠性要求極高，一旦失效則導致機毀人亡。由此也可知，此工作環(huán)境已遠遠超出了大多數(shù)材料的耐受極限。為提高現(xiàn)有航空發(fā)動機常用材料鈦合金、鎳合金的耐受極限，防止工作在極其復(fù)雜惡劣環(huán)境下的葉片因表面局部損壞而報廢，世界各國的科研工作者各顯神通尋求破解之道。
研究發(fā)現(xiàn)航空發(fā)動機葉片故障的40%是疲勞斷裂和異物損傷，且失效多數(shù)始于表面，因此材料的表面狀態(tài)對材料的性能影響巨大。研究也發(fā)現(xiàn)，表面改性是改善零件表面狀態(tài)的非常有效的手段。那么表面改性又是何方神圣呢？表面改性技術(shù)其實是將材料的表面與基體一起作為一個系統(tǒng)進行設(shè)計，利用各種表面處理技術(shù)，賦予材料本身不具備而又希望具有的優(yōu)異性能或提升材料的原有性能，特別是對于極端條件下(如超高溫、超耐磨，強疲勞)使用的零部件，先進的材料表面改性技術(shù)不僅能夠提高零部件的使用壽命，而且可以突破材料的使用極限，從而達到提升整機性能的目的。
新近發(fā)展的激光沖擊強化是利用強激光束產(chǎn)生的等離子體沖擊波以高強度瞬間應(yīng)力的方式作用在金屬零件表面，導致零件表層發(fā)生位錯、孿晶、晶粒細化等微結(jié)構(gòu)組織演變，形成超過1mm厚的殘余壓應(yīng)力層，從而大幅提高零件在惡劣苛刻使役條件下的硬度、強度、疲勞性能、耐磨性能和抗蝕性能。它與冷擠壓、噴丸等金屬材料表面強化手段相比，具有非接觸、無熱影響區(qū)、可控性強以及強化效果顯著等突出優(yōu)點，是目前最高效的表面改性技術(shù)之一，成為了當今各國研究的熱點。
練武不練功，到老一場空。武術(shù)動作可以天天變換，武功內(nèi)力卻非一朝一夕。航空發(fā)動機型號研制可以經(jīng)常變換，航空發(fā)動機技術(shù)儲備卻非一朝一夕。中國科學院沈陽自動化研究所裝備制造技術(shù)研究室激光沖擊強化研究團隊自2009年起，在承擔國家863計劃項目、中國科學院知識創(chuàng)新工程重要方向性項目、中國科學院戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)科技行動計劃項目、企業(yè)委托開發(fā)項目等多項縱橫向課題的基礎(chǔ)上，針對航空發(fā)動機鈦合金葉片激光沖擊強化技術(shù)進行了深入的研究和實驗分析。構(gòu)建了多功能的航空發(fā)動機葉盤/葉片激光沖擊強化設(shè)備系統(tǒng)，分析了激光沖擊波力學效應(yīng)加工過程中出現(xiàn)的各種非線性強耦合、多尺度效應(yīng)、強時空變化現(xiàn)象對加工性能的影響規(guī)律，建立了激光等離子體沖擊波能量、激光參數(shù)、約束層參數(shù)與材料組織性能之間的定量描述，實現(xiàn)了制造過程的數(shù)字化控制、零件性能的定量預(yù)測以及零件性能逐點可控的主動加工方式，激光沖擊響應(yīng)、材料動態(tài)力學行為、金屬材料微觀結(jié)構(gòu)演化、航空金屬材料疲勞性能的改善、突破了大型高性能零件性能再提高的技術(shù)瓶頸。
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