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先进高温合金的战略应用具体是什么

厂家:上海炫纵实业 浏览量:发布时间:2021-10-16 13:55:17

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先进高温合金的战略应用具体是什么飞机引擎被称为“工业花朵”,是航空业中技术含量最高、难度最大的部件之一.航空发动机作为飞机动力设备,尤其重要的是金属结构材料必须具有轻质.高.高.高.高.高.耐高温.抗氧化,耐腐蚀等性能,这几乎是对结构材料的最高要求.先进高温合金的战略应用具体是什么高温合金是一种能在600

先进高温合金的战略应用具体是什么

飞机引擎被称为“工业花朵”,是航空业中技术含量最高、难度最大的部件之一.航空发动机作为飞机动力设备,尤其重要的是金属结构材料必须具有轻质.高.高.高.高.高.耐高温.抗氧化,耐腐蚀等性能,这几乎是对结构材料的最高要求.

先进高温合金的战略应用具体是什么

高温合金是一种能在600℃以上,在一定的应力作用下长时间工作的金属材料.为了适应现代航空发动机对材料的高要求,高温合金已经成为航空发动机热端元件不可替代的关键材料之一.当前,先进的航空发动机中,高温合金用量的比重已经超过了50%.

从1956年第一炉高温合金GH3030试炼成功开始,到目前为止,我国高温合金的研究、生产与应用经过60年的发展.高温合金60年的发展可分为三个阶段[1]:

第二阶段:1956-20世纪70年代初期是我国高温合金起步、起步阶段.

这一阶段主要是仿制苏联时期以高温合金为主的系列合金,如:GH4033,GH4049,GH2036,GH3030,K401和K403等.

二期:从70年代中后期到90年代中后期,我国高温合金发展的起步阶段.

这一阶段主要是在欧美试制发动机,改善高温合金生产工艺及产品质量.

三期:从20世纪90年代中期到现在,是我国高温合金发展的一个崭新阶段.

这一阶段主要是应用开发了一批新工艺,研制并生产了一系列高性能、高等级新合金.

当前,国内对高温合金研究的主要机构有钢铁研究总院、北京航空材料研究院、中国科学院金属研究所、北京科技大学、东北部大学、西北工业大学等,主要生产企业有:中航工业.钢研高纳.炼石有色.抚顺特钢.高钢特钢和第二重型机械集团万航模锻厂(二重)等.基于这一点,我国已经具备了自主研发高温合金新材料.新工艺的能力.

由于具有优良的耐高温性能,高温合金在航空、电力、石化、交通、燃气等行业得到了广泛的应用.

先进高温合金的战略应用

1.宇航领域的应用.

高温合金材料占现代先进航空发动机总重量的40%-60%.飞机发动机上,高温合金主要用于燃烧室、导叶、涡轮机叶片、涡轮盘四种热段零件;此外,还可用于装夹.环件.加力燃烧室及尾喷口等组件[2].

燃烧室

燃烧室内是动力机械能量的故乡.燃烧炉产生的气体温度为1500~2000℃.由于余下空间内存在压缩空气流动,故耐高温合金材料一般在800~900℃以上,局部可达1100℃.所以,燃烧室对所选用的材料要求高温抗氧化、耐气体腐蚀、冷热疲劳性能好.

其主要应用的高温合金主要为镍或钴基高温合金.举例来说,第三代战斗机F100发动机选用了Haynes188钴基高温合金,F110,F404和F414型引擎选用了镍基高温合金.但随着飞机推重比的增加,对燃烧筒体材料提出了新的要求.第4代战斗机燃烧筒以镍基高温合金为主,涂覆陶瓷热胀层为新型燃烧室结构,如F119、F135采用浮壁式结构,F136发动机采用拉米洛结构.第五代战斗机采用高温合金,多采用拉米洛结构,耐1482℃陶瓷复合材料及热膨胀涂层.为此,迫切需要研究开发新型航空发动机推重比、新型材料及制备技术的高温合金,以满足发动机新推重比的要求.

导叶.

导叶是汽轮机中受热震影响最大的部件之一.但是,因为它是静止的,机械载荷也不会很大.常因应力而扭曲.因温度急剧变化而产生裂纹,再加上燃烧造成烧伤,使导叶在工作中经常发生故障.按导叶工况要求,所选用的材料具有以下性能:足够的持久强度和良好的热疲劳性能;抗氧化、腐蚀能力强.

浇注高温合金是导轨叶片的主要制造材料.IN718C.PWA1472.Rene220和R55合金用于美国Howmet公司及其它导向叶片材料.近几年来,随着定向凝固技术的发展,利用定向合金制造导向叶片的技术也在试验阶段,而且,FWS10发动机涡轮导轨后篦齿环的制造采用氧化物弥散强化高温合金[1].

涡轮盘

汽轮机圆盘在工作时受热不均匀,圆盘边缘部分受温度影响较大,温度应力较大.开榫受离心力最大,所受应力较复杂.因此涡轮机盘片的材料要求是:合金具有高的屈服度和蠕变强度;良好的冷、热、机械疲劳性能;线膨胀系数小,不敏感,低周疲劳性能.

粉体高温合金是高性能发动机涡轮盘的必备材料.一九六五年发展高纯预合金粉末技术.Pratt&WhitneyAircraft,美国Pratt&WhitneyAircraft)首次在航空发动机上使用了粉末高温合金盘.F100发动机采用IN100粉末高温合金涡轮盘,使粉末高温合金进入一个实用阶段.

国内对粉末高温合金的研究开始于20世纪70年代中后期,在随后的发展过程中,根据国内型号需求,相继开发出FGH95合金、FGH96合金、FGH97合金、FGH98合金、FGH91合金.FGH95是目前最强的粉末高温合金,最大使用温度为650℃,主要应用于制造发动机的涡轮盘隔板和直升飞机涡轮盘.

当前在粉末高温合金领域,美国.俄罗斯.英国.法国.德国.加拿大.瑞典.中国.日本.意大利及印度,已开展研究,美国.俄罗斯.英国.法国.德国和中国等国家掌握了工业生产过程,其中只有美国.法国和英国能够独立研发高温合金粉末及建立自己的合金牌号[1-4].

涡轮机的叶片

汽轮机工作叶片是涡轮机中最关键的部件之一.尽管其操作温度低于导叶导叶,但其受力大且复杂,工作环境恶劣,对叶轮叶片材料提出了以下要求:抗氧化、抗腐蚀、抗蠕变、耐断裂能力强、机械疲劳性能好、高温、中温综合性能好.

涡轮机叶片的材料最初一般都是变形的高温合金.伴随着材料开发技术和加工技术的进步,铸造高温合金逐渐成为涡轮叶片的首选材料.上世纪50年代末,美国开始尝试使用高温合金铸造的涡轮叶片,60年代中期前苏联采用的是铸造涡轮叶片,70年代初英国则是铸造的.随着航空发动机不断追求较高的推重比,国内外从70年代开始研究开发新型高温合金,先后开发了定向凝固高温合金、单晶高温合金等高温优良材料.单晶体高温合金材料是目前涡轮盘材料的主流.

单晶体高温合金是一类基于等轴晶和定向柱晶高温合金的发动机叶片材料.自80年代初以来,第一代单晶高温合金PWA1480.ReneN4等在各种航空发动机上得到了广泛的应用.自80年代中后期,PWA1484.ReneN5型第二代单晶高温合金叶片也被大量应用于高级航空发动机,如CFM56.F100.F110.PW4000,现在美国第二代单晶高温合金已经成熟,并被广泛地应用于军用航空发动机.90年代中后期,美国第三代单晶高温合金CMSX-10的研制成功.此后,GE.P&W公司与NASA共同开发了第四代单晶高温合金EPM-102.还分别在法国和英国开发和工程应用了单晶高温合金.近几年,日本又开发出耐温性较好的四、五、六代单晶合金TMS-138、TMS-162、TMS-238等[3].

我公司是在20世纪80年代初率先在中航工业航材院开展了单晶高温合金研究,并成功开发了我国第一代单晶高温合金DD4.90年代又成功开发出第二代单晶高温合金DD6.

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