Аэрокосмическое производство является наиболее концентрированной областью высоких технологий в производстве и относится к передовым производственным технологиям. Двигатель F119, разработанный американской компанией Hewlett-Packard, двигатель F120 компании General Electric, двигатель M88-2 французской компании SNECMA и двигатель EJ200, разработанный совместно Великобританией, Германией, Италией и Испанией. Они представляют собой передовой уровень высокопроизводительных авиационных двигателей в мире, их общей чертой является повсеместное использование новых материалов, новых процессов и новых технологий. Сегодня мы рассмотрим высокопроизводительные авиационные двигатели на новых материалах.

01 жаропрочные сплавы

      Жаропрочные сплавы, разработанные для удовлетворения жестких требований к материалам реактивных двигателей, стали незаменимым классом ключевых материалов для компонентов горячей части военных и гражданских газотурбинных двигателей. В настоящее время в перспективных авиационных двигателях жаропрочные сплавы составляют более 50%.

     Разработка жаропрочных сплавов тесно связана с технологическим прогрессом авиационных двигателей, особенно компоненты горячих частей турбинных дисков, материалы турбинных лопаток и производственный процесс являются важным символом развития двигателей. Из-за высокой термостойкости характеристик материала и устойчивости к нагрузкам выдвигаются высокие требования, ранние британцы разработали армированный сплав Nimonic80 Ni3 (Al, Ti), используемый в качестве материалов лопаток турбины турбореактивного двигателя, и в то же время последовательное развитие сплавов серии Нимоник. В США разработаны сплавы на основе никеля с усиленной диффузией, содержащие алюминий и титан, такие как Pratt & Whitney, GE и Special Metals, разработанные серии сплавов Inconel, Mar-M и Udmit.

      При разработке жаропрочных сплавов производственный процесс играет большую роль в содействии разработке сплавов. Благодаря появлению технологии вакуумной плавки, удалению вредных примесей и газов из сплава, особенно точному контролю состава сплава, характеристики жаропрочных сплавов продолжают улучшаться. Впоследствии были успешно исследованы направленная затвердевание, рост монокристаллов, порошковая металлургия, механическое легирование, керамические сердечники, керамическая фильтрация, изотермическая ковка и другие новые процессы, что способствовало быстрой разработке жаропрочных сплавов. Среди них наиболее известной является технология направленной затвердевания, использующая процесс направленной затвердевания для производства направленных монокристаллических сплавов.при использовании его температура близка к 90% от начальной температуры плавления. Таким образом, передовые лопатки авиационных двигателей в нынешних странах используются в направленных лопатках турбин из монокристаллического сплава. С международной точки зрения, литейные жаропрочные сплавы на основе никеля образуют изометрический кристалл, столбчатый кристалл направленной затвердевания и систему монокристаллических сплавов. Также были разработаны порошковые жаропрочные сплавы первого поколения с рабочими температурами от 650 ℃ до 750 ℃, порошковые турбинные диски 850 ℃ и порошковые диски двойного действия для современных высокопроизводительных двигателей.Литейные высокотемпературные сплавы на основе никеля образуют изометрический кристалл, столбчатый кристалл направленной затвердевания и монокристаллическую систему сплавов. Также были разработаны порошковые жаропрочные сплавы первого поколения с температурой от 650 ℃ до 750 ℃, порошковые турбинные диски 850 ℃ и порошковые диски двойного действия для современных высокопроизводительных двигателей.Литейные высокотемпературные сплавы на основе никеля образуют изометрический кристалл, столбчатый кристалл направленной затвердевания и монокристаллическую систему сплавов. Также были разработаны порошковые жаропрочные сплавы первого поколения с температурой от 650 ℃ до 750 ℃, порошковые турбинные диски 850 ℃ и порошковые диски двойного действия для современных высокопроизводительных двигателей.

     Китайские жаропрочные сплавы с развитием разработки авиационных двигателей и производственных потребностей и развития. Китайский бизнес по производству жаропрочных сплавов начался в 1970-х годах, до появления первого и второго поколений китайских двигателей, исследований и разработок в Китае серии GH для деформации жаропрочных сплавов, а также серии K для литья жаропрочных сплавов, при этом разрабатывается ряд новых технологий производства, таких как вакуумная плавка и литье, литье полых лопаток, изотермическая ковка и так далее.

     После 70-х годов при разработке жаропрочных сплавов Китай внедрил европейские и американские технологии в соответствии с зарубежными техническими стандартами разработки и производства, чистотой материала и общими характеристиками, отвечающими более высоким требованиям, разработкой высоких -производственное деформирование жаропрочных сплавов, литье жаропрочных сплавов. В частности, исследования и разработки серии DZ столбчатых кристаллических сплавов с направленной кристаллизацией и серии DD монокристаллических сплавов выводят китайские высокотемпературные сплавы в технологии производственного процесса и контроле качества продукции на новый уровень.

02 Композиты с керамической матрицей

    Когда речь идет о керамике, естественно думать, что она отличается хрупкостью. Более десяти лет назад, если он использовался в области изготовления деталей подшипников, никто не мог его принять, до сих пор, когда дело доходит до керамических композитов, некоторые люди все еще могут не понимать, что керамика и металл изначально являются двумя виды, не связанные с основными материалами, но поскольку люди умело комбинируют керамику и металл, только для того, чтобы концепция этого материала претерпела фундаментальные изменения, а именно композиционные материалы с керамической матрицей.

     Композиты с керамической матрицей в области авиационной промышленности являются очень перспективными новыми конструкционными материалами, особенно в производстве авиационных двигателей, все больше и больше проявляющих свои уникальные характеристики. Помимо преимуществ легкого веса и высокой твердости, композиты с керамической матрицей также обладают превосходной термостойкостью и устойчивостью к высокотемпературной коррозии. В настоящее время композиты с керамической матрицей по стойкости к высоким температурам превосходят металлические термостойкие материалы, обладают очень хорошими механическими свойствами и химической стабильностью и представляют собой высокотемпературную область высокопроизводительных турбинных двигателей, идеально подходящую для превосходных материалов.

     В настоящее время страны мира, отвечающие требованиям к материалам следующего поколения передовых двигателей, уделяют особое внимание изучению керамических материалов, армированных нитридом кремния и карбидом кремния, и добились большего прогресса, некоторые из них начали применяться в современных авиационных двигателях. Например, американская проверка двигателя F120, его уплотнительного устройства турбины высокого давления, части камеры сгорания высокотемпературных деталей, использованы керамические материалы. Камера сгорания, сопло и сопло французского двигателя M88-2 также используются в композиционных материалах с керамической матрицей.

03 Интерметаллические соединения

     Высокоэффективная, высокая тяговооруженность разработки авиационных двигателей, способствующая разработке и применению интерметаллических соединений. В настоящее время интерметаллические соединения разделены на различные семейства, которые обычно представляют собой соединения, состоящие из бинарных тройных или многоэлементных металлических элементов. Интерметаллические соединения имеют большой потенциал для применения в высокотемпературных конструкциях, с высокими эксплуатационными температурами, а также с высокой удельной прочностью, теплопроводностью, особенно при высоких температурах, а также с отличной стойкостью к окислению, высокой коррозией и высокой прочностью на ползучесть. Кроме того, поскольку интерметаллические соединения являются новым материалом между жаропрочными сплавами и керамическими материалами, они заполняют пробел между этими двумя материалами.таким образом, он становится одним из идеальных материалов для высокотемпературных компонентов авиационных двигателей.

     В настоящее время в конструкции авиационных двигателей исследования и разработки в основном сосредоточены на интерметаллических соединениях, таких как титан-алюминий и никель-алюминий. Эти соединения TiAl имеют в основном ту же плотность, что и титан, но имеют более высокую рабочую температуру. Например, рабочие температуры TiAl и TiB составляют 816°C и 982°C соответственно. Интерметаллические соединения имеют прочную межатомную связь и сложную кристаллическую структуру, из-за чего их трудно деформировать, проявляя твердые и хрупкие характеристики при комнатной температуре. В настоящее время, после многих лет экспериментальных исследований, был успешно разработан, внедрен и используется с хорошими результатами новый тип сплава с жаропрочностью, пластичностью и вязкостью при комнатной температуре. Например, Соединенные Штаты Америки»В высокопроизводительном магазине двигателя типа F119 диски турбины используются в интерметаллидных соединениях, лопатки и диски компрессора двигателя типа Validator F120 используются в новых титано-алюминиевых интерметаллидных соединениях.

04 Сверхвысокопрочная сталь

    Сверхвысокопрочная сталь используется в качестве материала шасси в самолетах. Второе поколение самолетов, использующих материал шасси, - сталь 30CrMnSiNi2A, прочность на разрыв 1700 МПа, срок службы этого шасси короче, около 2000 летных часов.

     Третье поколение конструкции истребителя с ресурсом шасси более 5000 летных часов, при этом за счет увеличения бортового оборудования снижается весовой коэффициент конструкции самолета, выбор материала и технологии изготовления шасси выдвигается на более высокий уровень. требования. В истребителях третьего поколения США и Китая используется технология изготовления шасси из стали 300М (прочность на разрыв 1950 МПа).

     Следует отметить, что повышение уровня технологии применения материалов также способствует дальнейшему продлению срока службы шасси и технологичности расширения. Например, в шасси самолета Airbus A380 используется сверхбольшая интегральная технология ковки, новая технология термообработки для защиты атмосферы и технология высокоскоростного газопламенного напыления, так что срок службы шасси соответствует проектным требованиям. Таким образом, прогресс новых материалов и технологий изготовления обеспечивает обновление самолета.

     Самолеты в коррозионностойкой среде с длительным сроком службы материала предъявляют более высокие требования, сталь AerMet100 по сравнению со сталью 300М, уровень прочности сопоставим, а устойчивость к общей коррозии и коррозионная стойкость под напряжением значительно лучше, чем у стали 300М, соответствующая технология изготовления шасси была применена на F/A-18E/F, F-22, F-35 и других перспективных самолетах. У более прочной стали Aermet 310 вязкость разрушения ниже, находится в стадии изучения. Допуск к повреждениям сверхвысокопрочная сталь AF1410, скорость расширения трещины очень медленная, используется в качестве соединений привода крыла самолета B-1, чем Ti-6Al-4V, потеря веса составляет 10,6%, производительность обработки увеличивается на 60%, снижение затрат на 30,3 %. Российский МИГ-1,42 на высокопрочной нержавеющей стали с дозировкой до 30%.PH13-8Mo — единственная высокопрочная мартенситная дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь, широко используемая в качестве коррозионностойких компонентов. Отечественные исследования сверхвысокой прочности нержавеющей стали для достижения первых результатов.

     За рубежом также разработаны сверхвысокопрочные зубчатые (подшипниковые) стали, такие как CSS-42L, GearmetC69 и др., а также при испытаниях двигателей, вертолетов и аэрокосмической отрасли. Технология материалов отечественных двигателей и трансмиссий вертолетов очень отсталая, Пекинский институт авиационных материалов проводит независимые исследования и разработки сверхвысокой прочности подшипниковой стали.

05Углерод/Углеродные композиты

     Композиты с матрицей C / C являются одним из наиболее важных внимания в последние годы, как новые материалы, более устойчивые к высоким температурам. До сих пор только композиты C / C считаются единственными, которые можно сделать для степени тяги более 20, температуры на входе в двигатель до 1930-2227 ℃ материала преемника лопаток ротора турбины, являются ли Соединенные Штаты в 21 веке, чтобы сосредоточиться В области разработки высокотемпературных материалов передовые индустриальные страны мира стремятся достичь высшей цели. Композиты на основе C / C, то есть углеродные композиты, армированные углеродным волокном, которые являются огнеупорными, а также высокой прочностью и жесткостью углеродных волокон. Высокая прочность и высокая жесткость углеродного волокна объединены в одно, поэтому оно не подвержено хрупким повреждениям. Благодаря легкому весу, высокой прочности,превосходная термическая стабильность и отличная теплопроводность, на сегодняшний день это самый идеальный термостойкий материал, особенно в высокотемпературной среде 1000-1300 ℃, его прочность не только не снижается, но и улучшается. Он по-прежнему сохраняет прочность и поведение при комнатной температуре, даже если температура ниже 1650 ℃. Таким образом, матричные композиты C/C имеют большое будущее в аэрокосмической промышленности.

     Композиты с матрицей C / C при применении в авиационных двигателях являются основной проблемой плохой антиоксидантной эффективности, в последние годы в Соединенных Штатах был принят ряд технологических мер, так что эта проблема постоянно решается и постепенно применяется к новым двигателям. Например, двигатель США F119 на сопле хвостового сопла камеры сгорания, сопла двигателя F100 и камеры сгорания.