一、機匣及葉片
1.進氣機匣組件、風扇排氣機匣、低壓後機匣
進氣機匣組件、風扇排氣機匣、低壓後機匣,由上海電工機械廠從1972 年2月開始研製,其中以進氣機匣組件的難度最大。該組件位於渦扇8發動機前部,由23片導流葉片和雙層結構的內、外環構成,是一個複雜的鈦合金薄壁空心夾層焊接結構件。機匣壁厚僅1.5~3毫米,重量較輕,具有結構尺寸大(最大直徑1350毫米)、輕型薄壁、造型複雜、工作條件困難等特點。全組件由232 個待焊零件組成,采用惰性氣體保護自動焊、手工焊、接觸焊(點焊、滾焊)及釺焊等方法焊接,焊縫總長度達77米之多。其中自動氬弧焊20米(內包多層焊)、手工氬弧焊57米。上海電工機械廠在航發廠、上海冶金所、上海鋼研所、成都發動機廠、西安發動機廠、航空材料所等單位協作下,於1976年攻下鈦合金材料風扇進氣機匣的焊接關,至1982年共交付3種機匣11台套。
2.渦輪機匣組件、排氣機匣、尾錐體
渦輪機匣組件、排氣機匣、尾錐體,由上海先鋒電機廠從1972 年起研製,其中渦輪機匣組件的難度較大。該機匣是渦扇8發動機二類零件之一,其外形為整體蜂腰形,由兩圓錐體組成。該機匣材料為GH132(鐵基耐熱合金),毛坯為自由鍛件(由齊齊哈爾鋼廠提供),重達1200公斤,而成品僅30公斤。具有尺寸大、形狀複雜、精度要求高薄壁件的特點。還使用當時國內尚未廣泛采用的等離子噴塗新工藝。至1980年,共交付3種組件11台套,形成年產12~20台套的生產能力。
3.主附件傳動機匣
主附件傳動機匣由上海汽車齒輪廠研製,1976~1983年共交付10台套。其中1976年2台套,1980年2台套,1981年1台套,1982年3台套,1983年2台套。
4.葉片
上海汽輪機廠擔負渦扇8 發動機一級風扇葉片、二級風扇葉片、一級靜子葉片和四級渦輪葉片等4種葉片的研製。從1974年起,陸續按總裝的要求,按時供應一、二輪5台發動機的葉片。第三輪發動機總裝所需的葉片,於1980年8月交付一級風扇葉片245片,計7台套;1980~1982年交付二級風扇葉片190片,計6台套。
二、燃油總管
渦扇8 發動機的燃油總管由上海油嘴油泵廠研製,1975~1981年共交付12台套。在研製過程中,得到上海交大、航發廠、西安發動機廠等單位的協助,攻克了中頻感應加熱釺焊工藝。在一、二輪研製的基礎上,釺焊工藝不斷得到改進和完善,產品質量達到設計要求,可以進行小批量生產。
三、軸承
渦扇8 發動機共有軸承31項、鋼球2項。7項主軸承均係C級精度,套圈、鋼球和滾棒均係M50鋼,保持架采用矽鐵鋅青銅,表麵鍍銀。滾珠軸承由上海中國軸承廠研製,滾棒軸承由上海滾動軸承廠研製。其中4號軸承、5號軸承屬超高速軸承,尤以5號軸承外徑橢圓,製造難度更大。經過上海滾動軸承廠組織攻關,攻克M50 鋼圈鍛壓和外徑橢圓加工關,於1976年製造出國內第一個橢圓外徑超高速航空軸承,經長期試車和工廠驗證性試飛,性能良好。1974年首輪1台發動機裝配時,因國產軸承研製脫期,主軸承均改用進口軸承,但4 1 2號軸承沒有進口。主機廠當即向上海滾動軸承廠求援,經該廠日夜奮戰,隻用1周時就加工好1套4 1 2號軸承,及時供主機廠裝配。第二、三輪發動機主軸承由上海中國軸承廠和上海滾動軸承廠製造。除7 項主軸承外,其餘24項軸承的製造單位是:上海中國軸承廠8項、上海滾動軸承廠8項、上海紅星軸承廠5項、上海微型軸承廠2項、蘇州軸承廠1項。鋼球2 項,由上海鋼球廠研製。從1976年起,上述軸承廠均及時供貨,滿足主機廠二、三輪發動機配套的需要。在長期試車和工廠驗證性試飛中,軸承質量良好,未發現重大故障。
四、新材料
1.TC4鈦合金
TC4 鈦合金是國際上應用範圍最廣、使用最多的一種鈦合金,在渦扇8發動機上大量采用,占發動機總重量的15%。1973年前,撫順鋼廠、沈陽有色金屬加工廠、上鋼五廠、902廠等就已提供了一定數量的鈦合金,但質量上存在問題較多。經與有關單位協同研究,完善了冶煉工藝,使合金的化學成份達到國際通用水平。
渦扇8 發動機的第一、二級風扇盤及第一、二級隔套,其毛坯特大、特重,當時材質指標有波動,組織不夠均勻。為此,1977年航發廠與有關單位共同組成TC4鈦合金大鍛件質量攻關組,對重量在60公斤以上的TC4鈦合金大鍛件進行攻關。經過多年努力,使大鍛件的質量明顯改善,滿足了裝機使用的要求,並使TC4鈦合金的應用研究推進到一個長壽命、大規格、高用量的新階段。1984年6月,TC4鈦合金通過航空部和冶金部的鑒定。1986年11月,TC4鈦合金在渦扇 8發動機上的應用研究成果獲航空部科技進步二等獎。
2.45CrMoVA合金
該合金為中碳低合金Cr -Mo-V,係珠光體型耐熱鋼,用於渦扇8發動機的高、低壓渦輪軸和高壓拉杆、十二級壓氣機盤。1973年上鋼五廠和航空材料所共同組成課題組,先後進行冶煉、熱處理和加工工藝等探索研究。為改進冶煉工藝,將大氣冶煉加電渣重熔改加一次真空自耗。1974年9月進行大爐試驗。高、低壓渦輪軸鍛件擠壓成空心軸毛坯,由上海異型鋼管廠采用反擠壓新工藝擠壓而成;自由鍛件毛坯由上鋼五廠承製;十二級壓氣機盤毛坯由上海重型機器廠承製;高壓轉子拉杆毛坯由上海吳凇鍛造廠承製。1975年上半年起分期分批向航發廠提供圓餅、圓環及各種規格棒材。1977年1月,冶金部和三機部聯合召開預鑒定會議,肯定了研製的初步成果,並提出進一步要求。課題組又對材料的各種性能進行全麵測試,為材料鑒定提供大量數據。後因渦扇8發動機研製中止,此新材料最終未能正式鑒定。
3.K9合金
K9 合金是新型鎳基鑄造高溫合金,渦扇8發動機一級渦輪葉片采用此材料。該合金由航空材料所、上海交大、上海鋼研所共同研製,上海矽酸鹽研究所承擔A1-Si 塗層研製。1973年上海鋼研所生產母合金17爐,共1700公斤。1974年5月向航空機械廠提供合格毛坯葉片284片。首輪1台一級渦輪葉片係2種材料混裝,其中K9合金66片,K17G合金64片。1976年,在航發廠、航空機械廠共同努力下,合金和塗層研製工作基本完成,並達到國外同類材料的水平。經長期試車考核,該合金不僅具有優良的熱疲勞性能,而且具有長壽發動機葉片材料所必需的組織穩定性和抗熱腐蝕性能。1977年通過三機部和冶金部的預鑒定。1985年8月獲冶金部三等獎。
4.K17G合金
K17G 合金是一種鎳基鑄造合金,高鋁和高鈦含量是該合金成份的主要特點。1973年先確定渦扇8發動機一級渦輪葉片采用K9合金,但考慮到K9合金研製需要一定周期,而且需用鉭、铌等貴重稀有元素。為滿足研製進度,采取研製K17G和K9合金同時進行,由沈陽金屬所、航空機械廠、上鋼五廠、航發廠等單位組成研製小組。1974年下半年沈陽金屬所完成K17G材料性能報告,並分別由上鋼五廠澆鑄7爐、沈陽金屬所澆鑄5爐母合金球形錠,再經航空機械廠精鑄成葉片毛坯,加工合格後交航發廠首輪1台裝半台套(64片),第二輪裝2台套,順利地通過台架長期試車和工廠驗證性試飛。1976年底,上鋼五廠用中頻真空感應爐共冶煉150多爐,約15噸母合金,完成了二輪生產任務。1977年1月通過三機部和冶金部的預鑒定。
5.GH901合金
GH901 合金是一個以γ’相為主要強化相的Ni-Fe基高溫合金,用於製造渦扇8發動機一、二、三級渦輪盤,十三、十四、十五級壓氣機盤和高低壓軸頸等重要部件。該材料於1972年10月由上鋼五廠、冶金部金屬研究所、上海鋼研所、航空材料所、上海重型機器廠、德陽第二重型機器廠、航發廠等組成三結合課題組進行研製。1976年5月,上鋼五廠按現行雙真空冶煉工藝,共試生產87爐,餅坯和鍛件由上海重型機器廠承擔。至1984年上鋼五廠共生產144爐,交付航發廠各種鍛件79.159噸。試驗結果表明,全麵性能已達到技術條件的要求,裝機零件經台架長期試車和試飛情況良好。於1976年6月通過冶金部和三機部的預鑒定,1984年10月20日又通過冶金部和航空部的科學技術成果鑒定。1985年8月獲冶金部三等獎。
6.GH738合金
GH738 合金是γ’相[Ni3(A1·Ti)]沉澱硬化型鎳基合金,最高使用溫度不超過815℃,但在燃氣輪機870℃工況時,仍具有良好的抗氧化腐蝕性能。用於渦扇8發動機三、四級渦輪葉片。1973年,上鋼五廠在航空材料所、上海交大、上海汽輪機廠協作下,用雙真空冶煉工藝和直接軋製的熱加工工藝,前後4批共生產100餘爐,交付用戶10餘噸成品棒材。試驗結果表明,熱軋棒材的各項性能指標與國外同類合金熱軋棒材相仿。1976年6月,航空機械廠在第二輪生產中用該合金研製1台套三級渦輪葉片,接著投入小批量生產。1977年1月,通過冶金部和三機部的預鑒定。
7.GH22合金
GH22 合金是以Mo、W、Co元素作為強化的鎳基耐熱合金,具有良好的抗氧化性能,用於航空發動機燃燒室。1973年上鋼三廠、上鋼五廠、上海鋼研所、航發廠、上海電動工具廠等單位組成合金研製課題組,完成2個周期的小爐試驗和工業化試生產。在試生產中采用電弧爐冶煉加電渣重熔的雙聯冶煉工藝。上鋼三廠負責板材的試製,於1974年10月首批交付0.7~3.0毫米冷軋板、4~10毫米熱軋中板,共計13項6.7噸合格板材。上鋼五廠承製鍛件和棒材,至1976 年10月,先後進行7個周期的研製和成批生產,約200爐共100噸鍛件和棒材。經測試主要性能達到美國AMS5536G的技術標準。1977年1月通過冶金部和三機部的預鑒定。1985年8月獲冶金部四等獎。
8.非金屬材料
渦扇8發動機選用的非金屬新材料共有22種。其中Ⅰ類新材料3種,Ⅱ類新材料8種,Ⅲ類新材料11種。
渦扇8發動機Ⅰ類非金屬新材料研製情況表
1--4106號合成航空潤滑油--Ⅰ--滑油係統--1970年成都發動機廠、上海第一汽車附件廠與重慶一坪化工廠--Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ輪--1979年5月在上海部級鑒定
2--DW-73石墨封嚴材料--Ⅰ--主軸承密封--上海電碳廠--Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ輪--1981年7月23日在上海局級鑒定
3--DW-73H石墨封嚴材料--Ⅰ--主軸承密封--上海電碳廠--Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ輪--1981年7月23日在上海局級鑒定
五、成品附件及工具
渦扇8 發動機在成都發動機廠試製期間,曾於1970年9月召開成品配套協調會議,發動機成品附件共15項19件,全部由三機部所屬的8家工廠承製。主機廠與各成品附件承製廠簽訂生產和技術協議,會後成品附件研製工作在各承製廠全麵展開。1974年渦扇8發動機由上海市負責研製後,上述成品附件改為給上海汽附一廠配套。同年11月,三機部在河南新鄉召開成品附件協調會議後,上海汽附一廠於翌年5月和各成品附件承製廠又在上海正式簽訂生產和技術協議。從1975年起,各承製廠陸續按協議向汽附一廠提供成品附件,並派出技術人員參加總裝廠的有關試驗、試車。其中燃油係統三附件研製難度最大,1975年9月~1979 年慶安公司經過8次協調和攻關,按國際民航要求完成150小時適航性試車。天津航空電器廠為解決點火激磁器在起飛狀態下電嘴停火故障,用6個月時間重新研製新的高頻變壓器,保證了國產附件參加工廠驗證性試飛。此外,上海工具廠還提供各種類型拉刀108種。