c919商用落地,高温合金是飞机制造的最后一项突破

发布时间:2021-03-04 浏览量:

飞机引擎用高温合金
对于飞行器而言,发动机是飞行器上最关键的部件之一。飞机发动机的叶片和高压压气机的盘片,都必须在高温下使用,并且在工作中承受巨大的压力。铝合金在这样苛刻的使用条件下,不能承受很高的温度,而且钢的密度更大,不能提供很高的推重比。钛基合金具有较高的高温强度、抗蠕变、抗氧化能力和比强度,是一种优良的航空发动机材料,特别适用于航空发动机。

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航机发动机零件需要有良好的高温持久强度、瞬时强度、耐热性、组织稳定性、高温蠕变抗力。贝塔高温合金由于其耐高温性能、抗蠕变能力明显下降,因而不能很好地应用于航空飞机发动机。高温合金具有较好的耐高温耐久性和抗蠕变能力,适合在高温工作环境中使用。
对航空发动机而言,其核心性能指标是发动机的推重比,推重比是发动机推力与发动机重量的比值。早先的飞机发动机推重比约为3左右,现在的航空发动机推重比可达10以上。对飞机发动机而言,推重比越高,发动机的性能就越好。


虽然镍基高温合金具有良好的高温性能,但其推重比低于高温合金。飞行器发动机采用高温合金材料,可兼顾优良的高温性能和高的推重比。在国外先进的飞机发动机中,高温合金的用量占发动机总重量的25%-40%,而且随着技术的发展,其用量也在不断增加。如第三代飞机发动机所用的高温合金含量为25%,第四代飞机发动机所用的高温合金含量为40%。
飞行器机体用高温合金
飞行器发动机要求所用材料具有较好的高温性能和较高的比强度性能,而飞行器机体要求所用材料具有较好的中温强度、耐腐蚀、低密度等性能。飞机发动机机身上广泛使用的高温合金有:β-21S(Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si),Ti-10-2-3(Ti-10V-2Fe-3Al),Ti-15-3(Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn),Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr等。


就中温强度而言,高温合金比铝合金具有更好的中温强度,传统铝合金的使用温度范围不超过130℃,铝合金在较高温度下不能继续使用,但高温合金能够在中温环境下保持其强度性能。


就耐蚀性能而言,一方面,航空飞机的大多数支撑结构都与飞机的厨房和卫生间相接触,如果采用钢结构,就容易产生腐蚀,采用高温合金材料,其耐蚀性能极佳,且不需表面防腐蚀涂层或电镀抗氧化层,可节省成本和生产工艺。而在航空飞机上,许多部件都是使用高分子聚合物材料,采用高温合金材料,与多种复合材料具有良好的相容性。


与钢和镍基高温合金相比,在低密度方面,高温合金材料具有较高的比强度,能较好地减轻飞行器重量,并能为飞行器提供较高的推重比。高温合金材料与铝合金相比,在同等重量下能提供更高的强度。从飞机的起落架选材上看,波音747的起落架选用高温合金材料。选择铝合金时,当承载所需重量时,体积过大无法满足要求;选择钢时,重量过大无法满足要求。使用高温合金锻件,可兼顾两用,达到最佳性能。


高温合金用于航空扣件。


国外航空制造业发达国家,如美国、法国,90%以上的高温合金紧固件是用TC4(Ti6Al4V)制造的。该合金具有密度低、成分简单、疲劳性能好、价格低廉等优点。其它用来紧固件的材料有TB2,TB3,TB8等高温合金。航材的质量要求低,耐腐蚀,耐高温,不含磁性等性能指标。
航空紧固件采用高温合金,可有效减轻飞机重量。该技术能有效地提高航天飞机的推重比,降低航天飞机的成本。钛系材料具有优良的抗腐蚀性能,它与航空用碳纤维复合材料具有相似的电极电位,能有效地防止航空紧固件的腐蚀。高温合金的耐高温性能优于铝合金,且不含磁性,抗磁场干扰能力强,是用于航空飞机紧固件的优良材料。
数据来源:航空用高温高温合金研究进展