集万千宠爱于一身的小公举
发动机的叶片介绍基本结束，但仔细想想，其实还要很重要很重要的成员——整体叶盘没有介绍。既然重要，就用来压轴吧！上一期发布后，大家普遍反映信息量有点儿大，所以小编决定这一期呢，再大一点点，哈哈哈！小编双鱼座，平时爱听郭德纲，思维跳跃得可能有点厉害，看官们把好扶手哈！
现在有请小公举整体叶盘闪亮登场！
高压压气机整体叶盘（图片来自于网络）
我们的小公举，中文名整体叶盘，英文名Blisk，即是Blade+Disk的组合。都说起名是个大学问，各位虎妈猫爸们在给宝宝起名的时候都没少琢磨吧？小公举的中英文名字都可以很明显的看出，这个宝贝孩子是发动机转子叶片和轮盘结合的产物。
整体叶盘的发展（图片来自于网络）
按照工作位置的不同，整体叶盘可以分为风扇整体叶盘、压气机整体叶盘。
按照叶尖形式的不同，整体叶盘可以分为闭式叶盘、开式叶盘和大小叶片叶盘。
按照加工方式的不同，整体叶盘可以分为整体式和焊接式,其中：整体式是通过机械加工或者特种加工工艺将一个整体锻件毛坯加工成叶盘，焊接式是将经过加工的盘和叶片通过电子束焊、线性摩擦焊等焊接工艺焊接成叶盘。
这种叶盘一体整体结构的优点是：
减重效果明显，叶盘的轮缘径向高度、厚度和叶片原榫头部位尺寸均可大大减小；
转子结构大为简化；
消除了分体结构榫齿根部缝隙中气体的逸流损失；
避免了叶片和轮盘装配不当造成的微动磨损、裂纹以及锁片损坏带来的故障，从而有利于提高发动机工作效率、可靠性。
传统的盘与叶片榫接方式（图片来自于网络）
整体叶盘优点多多，但却给加工提出了一个大难题。整体叶盘材料去除量大、结构复杂、薄壁结构、难加工材料，种种因素都使得整体叶盘成为制造业中加工难度榜前三甲的航空发动机零件。
目前，整体叶盘的加工方法主要有机械加工、特种加工+机械加工、焊接+机械加工等等。
整体叶盘是典型的整体、薄壁、难加工材料和复杂结构件（图片来自于网络）
1.机械加工
上一期讲到了特种加工，传统机械加工表示不服！作为制造行业的绝对老大，重要性和必要性是绝对不容忽视的。小编可是机械加工专业出身，当然不会忘了科普自己的老本行。
整体式叶盘的叶片和流道主要采用五坐标数控铣削加工，盘体加工采用数控车削工艺，安装边上孔的加工采用钻孔、扩孔、镗孔等工艺，经过粗加工、半精加工、精加工后，叶片表面需要进行抛光，为了提高表面质量，抛光后叶盘还要进行最终光整加工，如振动光饰等，这些都属于机械加工的范畴。
各种铣削方式及刀具（图片来自于网络）
由于设计需要，整体叶盘的叶片结构复杂，叶型厚度薄、刚性差，又通常采用钛合金和高温合金这些很难加工的材料，在加工过程中，叶片部位极易发生变形，叶片边缘区域因为太薄，刚性很差，切削力和加工残余应力引起的变形大，很容易造成尺寸超差……
说的是不是太专业了，一句话，就是稍不小心就会加工出不合格品，甚至报废啦！
为了得到满足要求的整体叶盘，攻城狮们费的心思可是不少呢，夹具设计、填充材料、优化刀具、优化参数、变形补偿、高速切削、路线优化、冷却方法，等等等等，终于我们的小公举身材和体质都越来越好啦！
铣削（图片来自于网络）
2.特种加工
为了让小公举更加健康，除了机械加工方法，特种加工方法当然也要尽心尽力，其中以电化学加工表现最为卓越。电化学加工是利用金属工件在电解液中发生阳极溶解的一种加工过程，具有工具阴极无损耗，无宏观切削力，无热影响区等特点，在加工难切削材料工件方面，具有明显的优势。在整体叶盘电化学加工方面，目前主要有电解套料、仿形电解加工等技术。电解套料加工最大的优点是加工效率高，且加工过程稳定，质量一致性好。下图就是用电解套料进行整体叶盘粗加工的示意图。
电解套料粗加工整体叶盘（图片来自于网络）
仿形电解加工采用成形阴极，以拷贝的方式加工复杂型面，针对不同形状和尺寸的型面设计不同的阴极。仿形电解加工可加工变截面扭曲叶片的整体叶盘，加工速度快，加工精度较电解套料加工高，但是由于工具阴极与工装夹具的设计制造难度大，生产准备周期长，加工柔性低，一般不适合单件小批量生产，适用于批量生产。
使用成型电极加工整体叶盘（图片来自于网络）
3.焊接工艺
有了机械加工和特种加工，小公举是不是就完全满足了呢？NONONO！随着叶型越来越复杂，尺寸越来越大，对盘锻件和机加工来说难度都在成倍增加，这时候，焊接式整体叶盘的优势就凸现出来了。
焊接工艺，是发动机特种工艺中的一个大家族，来看看发动机焊接的家谱。
焊接工艺是减轻商用航空发动机重量和提高零部件可靠性的重要工艺之一（商发图片）
焊接结构的整体叶盘将叶片焊接到轮盘上成为一体。这种方法可以将盘和叶片都单独加工，大大降低了加工难度，而且最大的一个特点是，可以实现叶片和轮盘选用不同的材料，这对减重和提效都会有很大好处哦。
性摩擦焊加工整体叶盘（图片来自于网络）
既然有这么多方法可以供整体叶盘加工选择，到底如何衡量利弊呢？
利弊权衡是门学问（图片来自于网络）
我们大发作为一款是商用航空发动机，在保证质量、性能的同时，还要兼顾经济性，因此，对于加工成本也要重视。对于整体叶盘来说，超大尺寸的叶盘可以考虑焊接形式，中、小规格整体叶盘可以选择高速数控加工，而对于批量生产或者高温合金等材料的叶盘可以考虑电化学加工。
整体叶盘加工方式的选择（图片来自于网络)
加工完成后，整体叶盘还要做哪些工作呢？表面工作要做足，要不怎么叫小公举呢？表面工艺，是在零部件表面上做文章。
小编这里就介绍一下比较有代表性的涂层技术。涂层技术是采用传统或现代技术或二者相结合在零件表面涂覆一层或多层表面层的形成技术。涂层种类按功能可分为：耐磨、封严、热障、抗氧化防腐蚀、防粘结和尺寸修复等。发动机上超多部位都采用了此种技术！
发动机需要不同作用的涂层（图片来自于网络）
发动机中的涂层类别及应用（图片来自于网络）
而对于整体叶盘，为了形成转子组件后保证气动性能，设计了封严篦齿，上面就喷涂了耐磨封严涂层。封严涂层，用以控制机械部件运转间隙，如用于压气机机匣、涡轮外环内壁和导向叶片等气体流路密封处，以减少气体泄漏、降低油耗，提高发动机效率。有可磨耗涂层和耐磨涂层两种类型。前者质软，其硬度要求低于与其相配的零件，涂于静子部位，如机匣、环形件等。属于被磨涂层；后者质硬，其硬度要求高于与其相配的零件，涂于转子部位，属于防磨或主动磨削涂层。前者在发动机运转时，转子（如叶尖）可将静子部位多余涂层磨去，既保护了转子又控制了间隙；后者是靠涂层磨去对偶部位来控制运转间隙。
盘件篦齿上的封严涂层（图片来自于网络）
Ok，表面搞定了，还有个很重要的步骤——喷丸强化。
航空发动机属于高速旋转机械，处于高转速、高负荷（高应力）和高温的环境下工作，发动机本身由多个零组件构成，其本身工作情况及外场使用环境都十分复杂，在发动机使用期间易出现故障。
我国航空发动机所发生的严重机械断裂故障中，转动件失效率在80%以上，且转动件的断裂失效大多为疲劳断裂失效！要改善转动件的疲劳性能，喷丸强化是最为有效和实际的一种方法。
喷丸，是利用高速运动的弹丸流对金属表面的冲击而使表面产生塑性循环应变层，由此导致该层的显微组织发生有利的变化并使表层引入残余压应力场，表层的显微组织和残余压应力场是提高金属零件的疲劳断裂和应力腐蚀（含氢脆）断裂抗力的两个强化因素，其结果使零件的可靠性和耐久性得到提高。
几种典型强化工艺（图片来自于网络)
讲了整体叶盘制备过程中的这么多内容，大家有没有觉得缺了点儿什么？Bingo！我们还没有说无损检测。无损检测是确保零部件质量必不可少的一步，就好比我们每年都要年检一样，来保证自个儿身体能够健康地运转。航空发动机是一个高度复杂，要求高可靠性、高安全性的产品，如何确保其安全性和可靠性是一项十分重要内容。
无损检测技术，又称非破坏检查技术，是第二次世界大战后迅速发展起来的一门新兴的工程科学。它是利用物质中因有缺陷或组织结构上的差异存在而会使其某些物理性质的物理量发生变化的现象，以不使被检查物使用性能及形态受到损伤为前提，通过一定的检测手段来检测或测量、显示和评估这些变化，从而了解和评价材料、产品、设备构件直至生物等的性质、状态或内部结构等等。它最突出的特点是“无损伤”，因此在工业生产、物理研究、生物工程以及医疗诊断等广大领域获得极大的重视和迅速发展。在机场或海关的人身及物品安全检查设备，医学领域中人们熟知的B超、CT，甚至人们挑选西瓜时采用敲拍听声来判断西瓜好坏，其实都属于无损检测技术范畴。航空发动机上常见的无损检测方法有：超声检测、射线检测、荧光检测、磁粉检测、涡流检测等。
超声检测利用超声波在物体中的多种传播特性，例如反射与折射、衍射与散射、衰减、谐振以及声速等的变化，测知物体的尺寸、表面与内部缺陷、组织变化等等，因此是应用最广泛的一种重要的无损检测技术。
射线检测利用X射线、γ射线、β射线以及如中子射线、高能射线等放射线穿透物质时，由于存在吸收与散射、电子偶生成等特性与物质的密度结构相关，或者产生电离等现象，从而能够显示物质内部的缺陷或组织结构。
渗透检测通过把渗透能力很强的渗透液施加到被检查的物体上，当物体表面存在开口性缺陷时，渗透液因毛细管作用原理而深入到缺陷中去，将物体表面多余的渗透液擦拭或冲洗干净后，再在物体表面均匀施加显像剂将已渗入缺陷内的渗透液引导到物体表面上来，就能查到材料及工件表面开口性缺陷。
渗透检测原理图（图片来自于网络）
几种常用的无损检测方法对比（图片来自于网络）
整体叶盘从锻件到零件，要经过重重检测，超声检测、荧光检测、射线检测等等。发动机的零件设计各异，具体选用哪些检测方法才能保证零件没有影响使用的缺陷是一门学问，更重要的是确定验收标准，人无完人，小公举也不可能一点瑕疵都没有，因此，哪些可以接受，哪些必须否定，这都要靠负责无损检测的同事们来甄别，真是件不容易的事呢。
既然整体叶盘这么多优点，而且加工工艺也日趋成熟，那是不是可以大量推广使用了呢？除了加工难以外，还有一个因素会大大限制整体叶盘的应用，就是整体叶盘的维修。
如果是传统的叶片出现了损伤，由于是和盘件各不相干的，可以拆掉坏损的叶片换个新的就行了。但是整体叶盘不行，这么多叶片，都是自己的一部分，哪个坏了都是不完整了。而且整体叶盘加工难度大，身价自然不菲，难道就因为一个小小的叶片损坏就要报废掉整个叶盘么？
这时，整体叶盘修复技术应运而生，此项技术的成熟也是整体叶盘可以推广的重要因素。
整体叶盘叶片的损伤部位主要在叶身前缘、叶尖、叶身及叶根，损伤特征一般为前缘受击伤发生卷边、开裂、掉块，叶型表面出现裂纹，叶身断裂或局部缺块等。
整体叶盘的不同损伤等级（图片来自于网络）
根据不同的损伤类型整体叶盘修复的方法有激光熔焊、钨极氩弧焊、激光熔覆与激光成形修复以及线性摩擦焊技术等。
激光熔焊、激光熔覆较适合于整体叶盘表面裂纹、表面腐蚀点和表面凹坑等损伤的修复。
钨极氩弧焊、线性摩擦焊可用于整体叶盘叶身断裂或缺块的修复，但钨极氩弧焊容易出现各种焊接缺陷，对工件性能影响较大，在使用上受到一定的限制。线性摩擦焊是整体叶盘叶片替换式修复的主要方法和发展方向。
整体叶盘修复（图片来自于网络）
激光成形修复技术克服了传统修复技术接合力弱、修复位置困难及控制性能差等不足，可以获得良好的修复件组织和性能。同时，由于激光能量在功率密度和时空分布上的可控性远远高于其他能源。
激光成形修复技术以损伤零件为基体，通过计算机控制激光头、送粉喷嘴（或送丝头）及工作台按指定空间轨迹运动，在待修复区域逐层积粉末或丝材，最后生成与缺陷部位近形的三维实体。这个工艺过程听起来是不是有些熟悉？
呵呵，大家有没有想起现在十分热门的3D打印技术呢？
3D打印是增材制造的一种，是以高能束流、电弧等作为热源，利用“离散-堆积”原理，通过熔化粉末或丝材逐层堆积，实现零件的直接制造，目前消费级的用途发展迅猛。
（图片来自于网络）
3D打印技术让拓扑优化有了更大的发展空间，对于减重要求很高的发动机来说，这无疑是个好消息。
航空发动机打印零件（图片来自于网络）
航空领域用到的3D打印技术包括：
激光直接沉积(LMD)增材成形
成形速率高，成形气氛易于控制；成形表面粗糙，粉末利用率较低；成形尺寸较大，可用于异种材料成形及零件修复。
激光直接沉积适用于成形大型零件（图片来自于网络）
激光选区融化(SLM)增材成形
成形精度高，表面光洁度好，成形件性能好，粉末利用率高，适用于复杂结构，目前可用材料种类少。成形体积受设备限制，适用于小型复杂精密件成形。
激光选区熔化增材成形适用于复杂零件（图片来自于网络）
电子束选区融化(EBM)增材成形
真空环境有利于零件的保护，适用于钛合金等易氧化材料。电子束扫描控制依靠电磁场，无机械运动，可靠性高，控制灵活；基板预热温度可达10000C，适宜室温脆性材料的制备（TiAl等）。
电子束选区熔化成形的TiAl低压涡轮叶片（图片来自于网络）
根据各种工艺的特点，激光直接沉积(LMD)增材成形是最适合修复整体叶盘的工艺，可以用于整体叶盘前缘损伤和型面较大面积损伤的修复，尤其是具有能够实现工艺自动化、修复过程可控和修复效率高等特点。修复后的整体叶盘经过自适应加工及后处理、检测工序后就可以重新上战场啦！
整体叶盘修复（图片来自于网络）
好啦，到这里，基本把整体叶盘涉及到的工艺讲了一遍，信息量确实很大。看似集万千宠爱于一身的小公举，其实只是发动机众多零件中的一员。经过材料工艺攻城狮们的努力，将一个个小公举们展示在世人面前，最终幻化成我们的大发，想来竟然有些小感动。路漫漫，我们共同努力！
=========================================
写在材料工艺篇之后的一些内容。
陆续推出了三篇材料工艺科普文章，最终呈现出来的效果和一开始想的已经大不同。过程中各种担心犹豫，怕班门弄斧，怕写不全怕写不透。然后意识到这些担心是徒劳的，材料工艺是连接设计与制造的桥梁，想从这短短几篇写全写透确实是痴心妄想了。最后，只希望抛砖引玉，让大家可以对材料工艺有一些了解，产生兴趣，并且看到我们材料工艺人一直在努力，努力进步，努力成长，努力陪伴大发更高更快更强。