主要用于制造航空发动机压气机机匣、中介机匣、涡轮机匣、承力环、隔热环、燃烧室封严环、涡轮外环等重要零件。一般来说,航空发动机用盘件合金都可以用来制造机匣类环形零件,但环形零件与盘件相比,通常承力较小或不承力,又因有的机匣壁厚较薄或为异型截面,成形比较困难,因此要求机匣合金要具有良好的成形性能。
随着航空发动机推重比的不断提高,涡轮进口温度显著提高,高低压涡轮、压气机和燃烧室的效率都要求同步提高,要求这些部位的间隙控制零件能在燃气腐蚀和氧化环境中长期可靠地工作,且膨胀系数随温度的变化较小。传统的高温合金普遍以镍、钴和铁作为基体,合金中还有铬、钼和钨等元素,使合金在工作温度下具有良好的抗氧化性能。但铬元素具有降低镍、钴和铁合金的铁磁性能的作用,并抑制铁磁体合金的居里温度(从铁磁性向顺磁性转变温度)低于室温,因此,传统的变形高温合金具有较高的热膨胀率,这就导致了合金对热疲劳的敏感和零件之间的容许间隙控制问题。为了解决间隙控制问题,20世纪60年代,在航空技术的发展和燃油价格的大幅上升情况下,催生出低膨胀高温合金。这些低膨胀高温合金已经在军民用发动机中得到大量应用,主要用来制造高压压气机机匣、涡轮机匣、密封环等间隙控制零件。
在变形高温合金机匣类环形件的成形方面,按照成形方式,可分为整体锻造成形、环轧方式成形、闪光焊接方式成形。早期采用整体锻造的方式成形,由于这种方式费时费力,不利于机械化大生产,后来采用环轧的方式成形。环形件轧制是借助轧环机使环形件产生壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺。与整体锻造成形工艺相比,环形件轧制具有大幅度降低设备吨位、节能节材、生产成本低等显著技术优点。通常来说,环形件轧制根据成形过程中金属变形方式的不同,又可分为径向轧制和径轴向轧制。
轧制环形件前,需先进行制坯,原材料仍没有得到充分利用。后来国际上发展了闪光焊环形件的成形技术。在20世纪70年代已开始采用闪光焊工艺生产薄壁环形件,用于制造航空发动机机匣、短舱、波纹管接头等环形件。RR(英国劳斯莱斯公司)和GE(美国通用电气公司)等对闪光焊技术进行了大量研究工作,使其在航空发动机领域得到了广泛应用。闪光焊环形件采用型材,使复杂异型截面环能够最大限度沿着零件截面成形,可节约原材料20%~40%,经济效益显著;主要包含闪光和顶锻两个阶段。顶锻是闪光焊后期对工件施加顶锻力,封闭工件对口间隙,使工件对口和邻近区域金属获得必要的塑性变形,促使焊缝再结晶,从而获得牢固的焊接接头。
变形高温合金环形件已经在中国各类军民用航空发动机中得到广泛应用,但环形件成形方式仍以环轧成形为主,部分航空发动机从国际上购买闪光焊环形零件,因此变形高温合金闪光焊环形件应用于航空发动机仍需进一步开展应用研究工作。