? 中國材料重大突破,鈦合金耐熱能力急劇提升,未來可改進渦扇15_搜鈦網
鈦及鈦合金行業
電子商務服務平臺
 
當前位置: 搜鈦網 » 資訊 » 行業新聞 » 中國材料重大突破,鈦合金耐熱能力急劇提升,未來可改進渦扇15
  

中國材料重大突破,鈦合金耐熱能力急劇提升,未來可改進渦扇15

發布日期:2020-01-16  瀏覽次數:193
為提高鈦行業各大公司或個人網站質量排名,搜鈦網即日起:凡是鈦行業網站,無論新站、老站網站友情鏈接,來鏈必換!注:本站百度權重2,即將升為權重3。聯系 QQ: 809170000。
?
  最近幾年中國科學家發布應用于發動機的新型鋁鈦合金材料,有望將鋁體系的耐熱鈦合金從650-750度工作極限大幅提升到900度,實在是可喜可賀。
  這一技術進展意味著,原來一些必須使用基高溫合金(密度大、非常重)的部件,可以換成鋁鈦合金這樣的輕質部件,實現發動機推比和油耗的顯著改善;而原有的一些耐熱鈦合金部件,則可以得到性能指標和壽命上的顯著突破。
  不過900度并不是現代航空發動機上溫度最高的部分,實際上這種新材料改善的主要是高壓壓氣機部分。
  圖:從上到下分別是渦輪噴氣發動機、小涵道比渦扇發動機(戰斗機就用的這類)、大涵道比渦扇發動機的簡單結構示意圖。為了簡單直觀起見,圖中發動機省去了加力燃燒室等結構。
  空氣在進入發動機以后,會經過多級風扇和壓氣機的強烈壓縮,之后進入燃燒室與燃油混合燃燒,形成高溫燃氣流推動渦輪旋轉(渦輪又帶動風扇和壓氣機旋轉,壓縮空氣進入燃燒室)并噴出發動機外,形成推力。在這個過程中,空氣在進入燃燒室之前,就會因為強烈的壓縮而導致溫度迅速升高。
  在傳統的發動機上,壓氣機的前面級數都可以用鈦合金制造;但隨著溫度升高,最后幾級壓力特別高、溫度也比較高的壓氣機葉片,就必須采用密度大沉重的高溫合金。中國此次的材料突破,就在于后面的壓氣機葉片能夠大幅減輕重量,并提升性能和壽命。
  圖:中國此次的航空材料突破,能夠顯著提升紅圈范圍內的部件性能
  但是再往后的燃燒室,渦輪盤和渦輪葉片,仍然必須采用其他的高溫合金,比如鎳基高溫合金。尤其是針對F22、殲20這樣注重超聲速巡航的戰斗機,發動機噴流特性必然是高溫、高速,渦輪進口的溫度達到1800-1950K(1526-1676攝氏度)。這不是目前任何種類鈦合金能夠承受的。
  在這些關鍵的渦輪葉片上,含錸鎳基單晶高溫金屬材料,仍然是目前的唯一選擇。中國目前已經發展到了第四代單晶,但從公開資料的披露情況來看,第四代單晶應該還主要處于實驗室研究階段,連材料牌號都還處于未公開狀態;目前大量在先進航空發動機(太行、渦扇20)上的是第二代單晶DD6,第三代單晶材料DD9應該有望應用于殲20的渦扇15發動機。
  圖:太行發動機采用的是DD6單晶,單以材料本身性能來說,顯著優于AL31F
  根據北京航材院和北科大的聯合公開論文《單晶高溫合金DD6再結晶晶界析出相特征及其形成機制》,DD6單晶除了作為主成分的鎳以外,大致成分為0.006%的碳,4.3%的,9%的鈷,2%的,8%的,7.5%的,0.5%的,5.6%的鋁,0.1的,而錸則占2%。同期國外牌號材料里,錸的含量在3%以上。
  而根據航材院的另一篇公開論文《DD9單晶高溫合金拉伸性能各向異性》的披露,DD9單晶除了作為主要成分的鎳以外,大致成分為1.5-5%的鉻,5.5-9.5%的鈷,0.5-3.0的鉬%,6-8.5的鎢,5.2-6.2%的鋁,5.5-9.0的鉭,0-0.5%的鉿,0.-1.5%的鈮,0-0.04的碳。而錸的比例則提高到3.5-5.0,雖然比國外三代單晶的6-7%的最大含量要低,但依然比DD6高很多。
  而在涉及到DD6和DD9的資料中,都普遍強調由于錸的含量低,該種材料擁有更低的成本優勢。事實上國內也研究過完全不含錸的替代單晶材料,比如低成本的DD265,高性能、號稱指標基本達到二代單晶(比如DD6)水平的DD98系列。然而并不能真正推廣使用。
  圖:雖然不能替代含錸單晶,但此次中國新材料對于軍用發動機的性能提升仍然有重大意義
  在美國的低錸和無錸化研究中,目前也只停留在高溫部件降低錸含量保持性能基本不減退、溫度較低部件實現無錸化的水平。而對于性能優先的軍用發動機來說,除非現有材料體系出現遠比此次中國突破要大的顛覆性進展,否則對錸的依賴依舊不會消退。
  圖:很多人對法國航發有著莫名其妙的優越感。實際上施奈克瑪最近 30多年一直致力于發動機燃燒和熱端部件的深入研究,在這方面已是世界最高水平之一。
  究竟什么樣的材料才能取代含錸鎳基單晶,給發動機帶來性能上的巨大突破?目前自然沒有肯定的答案,而可能性最高的方向,在于高性能的復合陶瓷材料(利用金屬纖維、碳纖維、陶瓷纖維或者晶須進行增強)。
  目前法國施奈克瑪公司已經在M88等發動機上進行了應用,工作溫度達到1370度的部件也正在試驗中。而美國NASA最近幾年一直致力于1480度耐溫的材料,并力爭在不遠的將來實現性能提升到1650度。
分享與收藏:  資訊搜索  告訴好友  關閉窗口  打印本文 本文關鍵字:鈦合金 

為您推薦更多相關文章

 
更多..頭條推薦
推薦圖文
推薦資訊
最新文章
?  
 
                          在游戏刷脚本赚钱