第6期（总第233期） 2017年12月
车用发动机 VEHICLEENGINE
No 6(Serial No 233)
Dec 2017
径流式车用钛铝合金增压器涡轮叶片高温持久寿命研究
王正’，李胜”，杨策”，张炜“，刘继林
(1.中国北方发动机研究所(天津)柴油机增压技术重点实验室，天津300400；
2钢铁研究总院高温材料研究所，北京100081；3山西柴油机工业有限责任公司产品研究所，山西大同037036；
4.中国人民解放军驻616厂军事代表室，山西大同037036）
摘要：针对径流式车用钛铝合金增压器涡轮，分析涡轮叶片的载荷与应力空间分布特征，指出叶片高温持久断黎失效模式是钛铝合金增压器涡轮的潜在失效模式之一。试验研究钛铝合金增压器涡轮的高温持久性能，给出钛铝合金涡轮高温持久寿命同应力与温度之间的数学关系。基于发动机耐久性台架考核试验面，建立钛铝合金增压器涡轮对应叶片高温持久断裂失效模式的寿命预测模型，并对某型车用钛铝合金增压器涡轮的叶片高温持久寿命进行预测。研究表明，该型钛铝合金增压器涡轮叶片高温持久寿命高于服役寿命，能够满足使用要求。
关键词：钛铝合金；涡轮；涡轮叶片高温性能；寿命预测
DOI: 10 3969/j issn 1001-2222 2017 06 015 中图分类号：TK4235
文献标志码：B文章编号：1001-2222(2017)06-0075-04
涡轮增压器是发动机提升功率密度和增强高原环境适应性的关键部件-2]。作为涡轮增压器的核心零部件之一，涡轮叶轮的可靠性对病轮增压器或增压系统的可靠性有着十分重要的影响。
现有的径流式车用增压器涡轮普遍采用镍基铸
造高温合金K418材料制造.由于K418合金材料的密度较大（8.0×10°kg/m°），用其制造的增压器涡轮转动惯量也相应较大，导致涡轮增压发动机的瞬态响应性较差。为有效降低涡轮增压器转子的转动贯量、提高涡轮增压发动机的瞬避态响应性，增压器涡轮叶轮可以采用钛铝合金、陶瓷等材料。
钛铝合金材料不仅具有密度小（其密度为 39×10°kg/m°）、比弹性模量较高等特点，而且具有良好的高温性能与抗氧化性能。用钛铝合金制造增压器涡轮叶轮，能够大幅度降低涡轮增压器转子的转动惯量，有效提高涡轮增压发动机的瞬态响应性能。近年来，围绕钛铝合金增压器涡轮的工程化应用，国内外学者和技术人员从不同角度对其进行了研究3-7。李胜等针对钛铝合金增压器涡轮的铸造成型问题，研究了既能保证钛铝合金涡轮叶片成形又能形成择优取向层片组织的型壳预热温度范围，并用铸造板片模拟叶片组织，通过测试抗弯强度
收稿日期：2017-10-12；修回日期：2017-12-01 基金项目：国家自然科学基金项目（51375465）
和缺口拉伸性能对其可靠性进行了评价"；门日秀等针对钛铝增压器涡轮叶轮的超速破坏失效模式通过对涡轮超速破坏断口进行宏微观分析，研究了钛铝合金增压器涡轮的超速破坏断裂机理；T， Tetsui和S.Ono通过分析钛铝合金增压器涡轮在实际载荷环境下的破环过程以及合金成分与微结构对强度的影响，研究了钛铝合金用于柴油机增压器涡轮的耐久性问题5」。从国内外的研究现状来看，自前对钛铝合金增压器涡轮的研究主要集中在钛铝合金制备与钛铝合金涡轮的成型工艺方面。尽管有关于钛铝合金涡轮在小型车用涡轮增压器中应用的报道，但是针对钛铝增压器涡轮叶轮的失效模式与结构可靠性还有待进行深入系统研究。
本研究针对车用径流式钛铝合金增压器涡轮潜在的叶片高温持久断裂失效模式，分析钛铝合金增压器涡轮的多场载荷与应力分布特征，通过试验研究钛铝合金增压器涡轮的高温持久性能。在此基础上，建立起钛铝合金增压器涡轮对应叶片高温持久断裂失效模式的寿命预测模型。
钛铝合金增压器涡轮的载荷与应力研究增压器涡轮工作时承受着离心载荷、热载荷和
作者简介：王正（1981一），男，研究员，博士，主要研究方向为涡轮增压器结构可靠性、案油机可靠性技术，机械可靠性理论及应用；wzne@
126com。