Lentokonevalmistus on korkean teknologian keskittynein ala, ja se kuuluu edistyneen valmistusteknologian joukkoon. Esimerkiksi yhdysvaltalaisen Pratt & Whitneyn kehittämä F119-moottori, General Electric Companyn F120-moottori, ranskalaisen SNECMA Companyn M88-2-moottori ja Yhdistyneen kuningaskunnan ja Saksan yhdessä kehittämä EJ200-moottori. , Italiassa ja Espanjassa. On syytä mainita, että näissä maailman edistyksellisintä tasoa edustavissa lentokoneissa on yhteistä uusien materiaalien, uusien prosessien ja uusien teknologioiden käyttö. Seitsemän uutta käytettyä materiaalia esitellään seuraavasti:
1
Hiili/hiilikomposiitti
Mitä ovat hiili/hiilikomposiitit? Se on hiilimatriisikomposiittimateriaalia, joka on vahvistettu hiilikuidulla ja sen kankaalla ja jonka tiheys on pieni (<2.0g/cm3), high strength, high specific modulus, high thermal conductivity, low expansion coefficient, good friction performance, and good thermal shock resistance , high dimensional stability, etc., especially the few candidate materials used above 1650 °C, the highest theoretical temperature is as high as 2600 °C, so it is considered to be one of the most promising high-temperature materials in the world.
Vaikka hiili/hiili-komposiiteilla on monia erinomaisia ominaisuuksia korkeissa lämpötiloissa, ne käyvät läpi hapetusreaktioita aerobisessa ympäristössä yli 400 asteen lämpötilassa, mikä johtaa materiaalin ominaisuuksien jyrkäseen heikkenemiseen. Siksi hiili/hiili-komposiittien levittämisessä korkean lämpötilan aerobisissa ympäristöissä on oltava hapettumissuojatoimenpiteitä. Hiili/hiili-komposiittien hapettumissuojaus tapahtuu pääasiassa seuraavilla kahdella tavalla, eli matriisimodifiointia ja pinta-aktiivisten pisteiden passivointia voidaan käyttää hiili/hiili-komposiittien suojaamiseen alemmissa lämpötiloissa; lämpötilan noustessa Päällystysmenetelmää on käytettävä hiili/hiili-komposiittimateriaalin eristämiseksi suorasta kosketuksesta hapen kanssa, jotta saavutetaan hapettumissuojan tarkoitus. Tällä hetkellä päällystysmenetelmä on eniten käytetty menetelmä. Tieteen ja tekniikan jatkuvan kehityksen myötä yhä enemmän luotetaan hiili/hiili-komposiittimateriaalien erittäin korkeiden lämpötilojen suorituskykyyn, ja ainoa toteuttamiskelpoinen hapettumissuojaratkaisu erittäin korkeissa lämpötiloissa voi olla vain pinnoitteen suojaus. .
On syytä mainita, että C/C-pohjaiset komposiittimateriaalit ovat uusi materiaali, jolla on korkeampi lämpötilankesto ja joka on saanut viime vuosina eniten huomiota maailmassa. Koska vain C/C-komposiittimateriaaleja pidetään turbiinin roottorin siipien ainoana seuraajana, jonka työntövoima-painosuhde on yli 20 ja moottorin sisääntulolämpötila 1930-2227 astetta. Kehittyneiden teollisuusmaiden korkein strateginen tavoite.
Ns. C/C-pohjainen komposiittimateriaali on hiilikuidulla vahvistettu hiiliperuskomposiittimateriaali, jossa yhdistyvät hiilen tulenkestävät ominaisuudet hiilikuidun korkeaan lujuuteen ja jäykkyyteen, jolloin se ei ole hauras. Koska C/C-pohjaisilla komposiittimateriaaleilla on kevyt paino, korkea lujuus, erinomainen lämmönkestävyys ja erinomainen lämmönjohtavuus, ne ovat ihanteellisimpia korkean lämpötilan kestäviä materiaaleja nykyään, erityisesti korkeissa lämpötiloissa 1000-1300 C astetta. Voima ei vain vähentynyt, vaan se pystyi lisääntymään. Varsinkin kun se on alle 1650 astetta, se säilyttää silti lujuuden ja armon huoneenlämmössä. Siksi C/C-pohjaisilla komposiiteilla on suuri kehityspotentiaali ilmailun valmistuksessa.
On syytä mainita, että yksi C/C-pohjaisten komposiittimateriaalien suurimmista ongelmista lentokoneen moottoreissa on huono hapettumisenkestävyys. Siksi viime vuosina Yhdysvallat on hyväksynyt joukon teknisiä toimenpiteitä tämän ongelman ratkaisemiseksi, ja vähitellen sovellettu uuteen moottoriin. Esimerkiksi amerikkalaisen F119-moottorin jälkipolttimen peräsuutin, F100-moottorin suutin ja polttokammion suutin sekä F120-varmistuskoneen palotilan osat on valmistettu C/C-pohjaisista komposiittimateriaaleista. Toinen esimerkki on ranskalainen M88-2-moottori, ja Mirage 2000 -moottorin jälkipolttimen polttoaineen ruiskutussauva, lämpösuoja ja suutin käyttävät myös C/C-pohjaisia komposiittimateriaaleja.
2
Uusi materiaali erittäin lujaa terästä
Mikä on ultraluja teräs? Vuosien puolivälissä{0}} Yhdysvallat kehitti Cr-Mo-teräksen (AISI4130) ja Cr-Ni-Mo-teräksen (AISI 4340). Karkaisun ja matalassa lämpötilassa karkaisun jälkeen vetolujuudet olivat 170 ja 190 kgf/mm2, vastaavasti. 1950-luvun alussa Si ja V lisättiin AISI 4340 -teräkseen, jotta saatiin 300M, jonka vetolujuus oli 190–210 kgf/mm2. Vuonna 1960 International Nickel Company valmisti maraging-terästä, jonka vetolujuus oli noin 180 kgf/mm2 ja murtolujuus jopa 390 kgf/mm. 1970-luvulla Yhdysvallat vähensi C:tä ja lisäsi Si:a 300 M:n perusteella, paransi sitkeyttä ja kehitti HP310-teräkseksi; maraging-teräksen pohjalta siitä kehittyi AF1410-teräs, jonka vetolujuus on 170 kgf/mm2 ja murtolujuus 400 kgf/mm2 mm.
kuva
On syytä huomata, että erittäin lujalla teräksellä on oltava korkea vetolujuus ja sen tulee säilyttää riittävä sitkeys. Se vaatii myös suurta ominaislujuutta (lujuuden suhde tiheyteen) ja suurta myötösuhdetta (σs/σb) komponentin painon vähentämiseksi, ja sillä on oltava hyvä hitsattavuus ja muovattavuus sekä muut prosessiominaisuudet. Erittäin lujalla teräksellä on erittäin korkeat vaatimukset metallurgiselle laadulle, ja se sulatetaan usein valokaariuunissa ja sähkökuonauudelleensulatuksessa. Korkeaa puhtautta vaativat terästyypit sulatetaan useimmiten tyhjiöinduktiouuneissa tai tyhjiökäyttöisissä valokaariuuneissa. Keski- ja niukkaseosteiset ultralujat teräkset tulisi estää hiilenpoistosta lämpökäsittelyn aikana; maraging-teräkset ja saostuskarkaistuvat ruostumattomat teräkset voidaan käsitellä kiinteällä liuoskäsittelyllä tavallisissa lämmitysuuneissa. Hitsauksessa on käytettävä suojakaasuhitsausta tai argonvolframikaarihitsausta. Jotkin niukkaseosteiset erittäin lujat teräkset, joissa on korkea hiilipitoisuus (noin 0,4 prosenttia ), tulee keventää jännityshehkutettuina välittömästi hitsauksen jälkeen.
On syytä mainita, että erittäin lujaa terästä käytetään materiaalina lentokoneiden laskutelineissä. Esimerkiksi toisen sukupolven lentokoneissa käytettävä laskuteline on valmistettu 30CrMnSiNi2A-teräksestä, jonka vetolujuus on 1700 MPa. Tällaisen laskutelineen lyhyt käyttöikä on noin 2000 lentotuntia.
Toinen esimerkki on, että kolmannen sukupolven hävittäjäkoneen suunnittelu edellyttää laskutelineiden käyttöikää yli 5,000 lentotuntia. Samalla lentokonelaitteiston lisääntymisen myötä lentokoneen rakenteen painokerroin pienenee ja laskutelineiden materiaalien valinnalle ja valmistustekniikalle asetetaan korkeampia vaatimuksia. Sekä Yhdysvalloissa että kolmannen sukupolven hävittäjät käyttävät 300M terästä (vetolujuus 1950MPa) laskutelineiden valmistustekniikkaa.
Itse asiassa materiaalien levitysteknologian parantaminen edistää laskutelineiden käyttöiän pidentämistä ja sopeutumiskyvyn laajentamista. Esimerkiksi eurooppalaisen Airbus A380 -lentokoneen laskuteline ottaa käyttöön erittäin suuren integroidun taontatekniikan, uuden ilmakehän suojan lämpökäsittelytekniikan ja nopean liekkiruiskutustekniikan, jotta laskutelineiden käyttöikä voi täyttää suunnitteluvaatimukset. Siksi uusien materiaalien ja valmistustekniikoiden käyttöönotto varmisti lentokoneiden vaihdon.
kuva
Kuten me kaikki tiedämme, lentokoneiden pitkäikäinen suunnittelu korroosionkestävässä ympäristössä asettaa korkeampia vaatimuksia materiaaleille. Esimerkiksi AerMet100-teräksellä on sama lujuusaste kuin 300M-teräksellä, mutta sen yleinen korroosionkestävyys ja jännityskorroosionkestävyys ovat huomattavasti parempia kuin 300M-teräksellä. Vastaavaa laskutelineiden valmistustekniikkaa on sovellettu edistyneisiin lentokoneisiin, kuten F/A-18E/F, F-22 ja F-35. Suurempi lujuus Aermet310-teräksellä on pienempi murtolujuus, ja sitä kehitetään ja parannetaan jatkuvasti. Vaurioitumista kestävän erittäin lujan teräksen AF1410 halkeamien kasvunopeus on erittäin hidas, jota voidaan käyttää B-1-lentokoneen siiven toimilaitteen liitoksena, joka on 10,6 prosenttia Ti:tä kevyempi. -6Al-4V, prosessointiteho 60 prosenttia ja kustannukset 30,3 prosenttia pienemmät . Esimerkiksi Venäjän Smig-1.42:ssa käytetyn lujan ruostumattoman teräksen määrä on jopa 30 prosenttia . PH13-8Mo on ainoa korkealujuus martensiittista saostuskarkaisua ruostumatonta terästä, jota käytetään laajalti korroosionkestävinä komponentteina. Erittäin lujia hammaspyöräteräksiä (laakeriteräksiä) on kehitetty myös kansainvälisesti, kuten CSS-42L, Gearmet C69 jne., ja niitä on käytetty moottoreissa, helikoptereissa ja ilmailussa.
3
Korkean lämpötilan seosmateriaali
Mitä ovat superseosmateriaalit? Korkean lämpötilan metalliseokset jaetaan itse asiassa kolmeen materiaalityyppiin: 760 asteen korkean lämpötilan materiaalit, 1200 asteen korkean lämpötilan materiaalit ja 1500 asteen korkean lämpötilan materiaalit, joiden vetolujuus on 800 MPa. Toisin sanoen se viittaa korkean lämpötilan metallimateriaaleihin, jotka toimivat pitkään 760-1500 asteen ja tietyissä jännitysolosuhteissa. Sen tärkeät ominaisuudet: sillä on erinomainen korkeiden lämpötilojen lujuus, hyvä hapettumisenkestävyys ja lämpökorroosionkestävyys, hyvä väsymiskyky, murtolujuus ja muut kattavat ominaisuudet, ja siitä on tullut korvaamaton avainmateriaali sotilas- ja siviilikäyttöön tarkoitettujen kaasuturbiinimoottorien kuumapään osiin. käyttää maailmanlaajuisesti.
760 asteen korkean lämpötilan materiaalit 1930-luvun lopulta lähtien Iso-Britannia, Saksa, Yhdysvallat ja muut maat alkoivat tutkia superseoksia. Toisen maailmansodan aikana uusien lentokonemoottoreiden tarpeiden täyttämiseksi superseosten tutkimus ja käyttö aloittivat nopean kehityksen. 1940-luvun alussa Yhdistynyt kuningaskunta lisäsi ensin pienen määrän alumiinia ja titaania 80Ni-20Cr-seokseen muodostamaan '-faasin (gammaprime) vahvistusta varten ja kehitti ensimmäisen nikkelipohjaisen seoksen, jolla oli korkea - lämpötilan vahvuus. Tänä aikana Yhdysvallat alkoi käyttää Vitallium-kobolttipohjaisia seoksia terien valmistukseen vastatakseen mäntäaeromoottorien turboahtimien kehittämistarpeisiin.
kuva
On syytä mainita, että Yhdysvallat on myös kehittänyt Inconel-nikkelipohjaisia seoksia suihkumoottoreiden palokammioiden valmistukseen. Myöhemmin, parantaakseen lejeeringin lujuutta korkeissa lämpötiloissa, metallurgit lisäsivät nikkelipohjaiseen seokseen elementtejä, kuten volframia, molybdeeniä ja kobolttia alumiinin ja titaanin pitoisuuden lisäämiseksi, ja kehittivät sarjan seoksia, kuten nimellä "Nimonic" Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja "Nimonic" Yhdysvalloissa. "Mar-M" ja "IN" jne.; lisäämällä nikkeliä, volframia ja muita alkuaineita kobolttipohjaisiin seoksiin useiden korkean lämpötilan metalliseosten, kuten X-45, HA-188, FSX-414 jne., kehittämiseksi. kobolttivarojen puute, kobolttipohjaisten superseosten kehitys on rajallista.
1940-luvulla kehitettiin myös rautapohjaisia superseoksia. 1950-luvulla ilmestyi laatuja, kuten A-286 ja Incoloy901, mutta huonon korkeiden lämpötilojen stabiilisuuden vuoksi kehitys oli hidasta. Entinen Neuvostoliitto alkoi valmistaa "ЭИ"-merkkisiä nikkelipohjaisia superseoksia vuonna 1950, ja myöhemmin tuotettiin "ЭП" -sarjaa muotoutuneita superseoksia ja ЖС -sarjaa valettuja superseoksia. 1970-luvulla Yhdysvallat otti käyttöön myös uuden tuotantoprosessin suunnattujen kiteytyssiipien ja jauhemetallurgisten turbiinilevyjen valmistukseen ja kehitti korkean lämpötilan seoskomponentteja, kuten yksikidesiipiä, vastaamaan lentokoneen sisääntulolämpötilan jatkuvan nousun tarpeisiin. -moottoriturbiinit.
Superseokset on kehitetty täyttämään suihkumoottoreiden erittäin vaativat materiaalivaatimukset, ja niistä on tullut korvaamaton avainmateriaali sotilas- ja siviilikäyttöisten kaasuturbiinimoottorien kuumapään komponenteille. Kehittyneissä lentokonemoottoreissa korkean lämpötilan metalliseosten osuus on saavuttanut yli 50 prosenttia.
Korkean lämpötilan metalliseosten kehitys liittyy läheisesti lentokonemoottorien teknologiseen kehitykseen, erityisesti turbiinilevy, turbiinin siipien materiaali ja moottorin kuumapään osien valmistusprosessi ovat tärkeitä moottorikehityksen symboleja. Materiaalin korkean lämpötilan kestävyyden ja rasituksenkestävyyden korkeiden vaatimusten vuoksi Isossa-Britanniassa kehitettiin alkuaikoina Ni3 (Al, Ti) -vahvistettu Nimonic80-seos, jota käytettiin turbiinin siiven materiaalina. turboreettinen moottori. Lisäksi Nimonic-sarjan metalliseosta kehitettiin jatkuvasti. Yhdysvallat on kehittänyt dispersiovahvistettuja nikkelipohjaisia seoksia, jotka sisältävät alumiinia ja titaania, kuten Inconel-, Mar-M- ja Udmit-seossarjat, jotka ovat kehittäneet kuuluisa Pratt & Whitney Company, GE Company ja Special Metals Company.
kuva
Superseosten kehitysprosessissa valmistusprosessilla on suuri rooli metalliseosten kehityksen edistämisessä. Tyhjiösulatustekniikan syntymisen ansiosta haitallisten epäpuhtauksien ja kaasujen poistaminen seoksista, erityisesti seoskoostumuksen tarkka säätö, on jatkuvasti parantanut superseosten suorituskykyä. Erityisesti uusien teknologioiden, kuten suunnatun kiinteytymisen, yksikiteisen kasvun, jauhemetallurgian, mekaanisen seostuksen, keraamisen ytimen, keraamisen suodatuksen ja isotermisen takomisen, onnistunut tutkimus on edistänyt superseosten nopeaa kehitystä. Niistä suunnattu jähmettymistekniikka on näkyvin. Suunnatulla kiinteytysprosessilla tuotetun suunta- ja yksikideseoksen käyttölämpötila on lähellä 90 prosenttia alkuperäisestä sulamispisteestä. Siksi kehittyneet lentokonemoottorien siivet ympäri maailmaa käyttävät suunnattuja yksikideseoksia turbiinien siipien valmistukseen. Globaalista näkökulmasta katsottuna nikkelipohjaiset valetut superseokset ovat muodostaneet tasaakselisia kiteitä, suuntaisesti jähmettyneitä pylväskiteitä ja yksikideseosjärjestelmiä. Jauhesuperseoksia on myös kehitetty ensimmäisen sukupolven 650 - 750 asteen, 850 asteen jauheturbiinilevyistä ja kaksoissuorituskykyisistä jauhekiekoista kehittyneille korkean suorituskyvyn moottoreille.
4
keraamiset matriisikomposiitit
Mitä ovat keraamiset matriisikomposiitit? Se on eräänlainen komposiittimateriaali, joka käyttää keramiikkaa matriisina ja erilaisia kuituja. Keraaminen matriisi voi olla korkean lämpötilan rakennekeraamia, kuten piinitridi ja piikarbidi. Näillä edistyneillä keramiioilla on erinomaiset ominaisuudet, kuten korkean lämpötilan kestävyys, korkea lujuus ja jäykkyys, suhteellisen kevyt paino ja korroosionkestävyys. Tappava heikkous on, että ne ovat hauraita. Kun ne ovat jännityksen alaisia, ne halkeilevat tai jopa rikkoutuvat aiheuttaen materiaalivaurion. Erittäin lujan, elastisen kuitu- ja matriisikomposiitin käyttö on tehokas tapa parantaa keramiikan sitkeyttä ja luotettavuutta. Kuidut voivat estää halkeamien laajenemisen, jolloin saadaan kuituvahvisteisia keraamisia matriisikomposiitteja, joilla on erinomainen sitkeys.
kuva
Keraamisia matriisikomposiitteja on käytetty nestemäisenä rakettimoottorisuuttimina, ohjussuuttimina, avaruussukkulan kärkikartioina, lentokoneiden jarrulevyinä ja huippuluokan autojen jarrulevyinä jne., joista on tullut tärkeä uusien huipputeknisten materiaalien haara.
Koska keraamisilla materiaaleilla on erinomainen kulutuskestävyys, korkea kovuus ja hyvä korroosionkestävyys, niitä on käytetty laajalti. Keramiikan suurin haitta on kuitenkin se, että ne ovat hauraita ja herkkiä halkeamille ja huokosille. 1980-luvulta lähtien keraamiset matriisikomposiitit, jotka on saatu lisäämällä hiukkasia, kuituja ja kuituja keraamisiin materiaaleihin, ovat parantaneet keramiikan sitkeyttä huomattavasti.
Keraamisilla matriisikomposiiteilla on korkea lujuus, korkea moduuli, alhainen tiheys, korkea lämpötilankesto, kulutuskestävyys ja korroosionkestävyys sekä hyvä sitkeys, ja niitä on käytetty nopeissa leikkaustyökaluissa ja polttomoottorin komponenteissa. Tämän tyyppisen materiaalin kehitys on kuitenkin suhteellisen myöhäistä, eikä sen potentiaalia ole vielä kehitetty. Tutkimuksen painopiste on soveltaa sitä korkeisiin lämpötiloihin sekä kulutusta ja korroosiota kestäviin materiaaleihin, kuten tehostettuihin polttomoottoreihin, ilmailuajoneuvojen lämpökomponentteihin ja ajoneuvojen moottoreihin metallien sijaan, petrokemian säiliöihin. , jätteenpolttolaitteet jne.
Keramiikasta puhuttaessa ihmiset ajattelevat luonnollisesti sen haurautta. Yli kymmenen vuotta sitten, jos sitä käytettiin kantavana osana konepaja-alalla, sitä ei kukaan voinut hyväksyä. Tähän asti, kun on kyse keraamisista komposiittimateriaaleista, jotkut ihmiset eivät ehkä ole selvinneet, koska he ajattelevat, että keramiikka ja metallit ovat alun perin kaksi merkityksetöntä materiaalia. Kuitenkin, koska ihmiset yhdistävät taitavasti keramiikkaa ja metalleja, ihmisten käsitys tästä materiaalista on kokenut perustavanlaatuisen muutoksen, joka on keraamiset matriisikomposiitit.
Keraaminen matriisikomposiittimateriaali on erittäin lupaava uusi rakennemateriaali ilmailuteollisuudessa, erityisesti lentokoneen moottoreiden valmistuksen sovelluksissa, se osoittaa yhä enemmän ainutlaatuisuuttaan. Kevyen painon ja korkean kovuuden etujen lisäksi keraamisilla matriisikomposiiteilla on myös erinomainen korkeiden lämpötilojen kestävyys ja korkean lämpötilan korroosionkestävyys. Tällä hetkellä keraamiset matriisikomposiitit ovat ylittäneet metalliset lämmönkestävät materiaalit korkean lämpötilan kestävyyden suhteen, ja niillä on hyvät mekaaniset ominaisuudet ja kemiallinen stabiilisuus. Ne ovat ihanteellisia ja erinomaisia materiaaleja tehokkaiden turbiinimoottorien korkean lämpötilan alueille.
kuva
Maat ympäri maailmaa keskittyvät piinitridillä ja piikarbidilla vahvistetun keramiikan tutkimukseen täyttääkseen edistyneiden moottoreiden seuraavan sukupolven materiaalivaatimukset
materiaaleista, ja se on edistynyt suuresti erityisesti nykyaikaisissa lentokonemoottoreissa. Esimerkiksi amerikkalaisen varmistuskoneen F120-moottori, sen korkeapaineturbiinin tiivistyslaite ja jotkin polttokammion korkean lämpötilan osat ovat kaikki keraamisista materiaaleista valmistettuja. Toisessa esimerkissä ranskalaisen M88-2-moottorin polttokammiossa ja suuttimessa käytetään myös keraamisia matriisikomposiitteja.
5
Metallien välisten yhdisteiden uudet materiaalit
Mitä ovat metallien väliset yhdisteet? Metallien ja metallien yhdisteet tai metallit ja metalloidit (kuten H, B, N, S, P, C, Si jne.). Kahden metallin atomit yhdistetään tietyssä suhteessa muodostamaan seoskoostumuksen, joka eroaa alkuperäisistä kahdesta kidehilasta. Intermetalliset yhdisteet ovat uudentyyppisiä materiaaleja, jotka ovat saaneet laajaa huomiota.
kuva
Itse asiassa korkean suorituskyvyn, korkean työntövoiman ja painon suhteen aeromoottoreiden kehitys on edistänyt metallien välisten yhdisteiden kehittämistä ja käyttöä. Metallienväliset yhdisteet ovat yleensä yhdisteitä, jotka koostuvat binääri-, kolmi- tai monielementtimetallielementeistä. Metallienvälisillä yhdisteillä on suuri potentiaali korkeiden lämpötilojen rakennesovelluksissa. Sillä on korkea käyttölämpötila, ominaislujuus, lämmönjohtavuus, ja erityisesti korkeassa lämpötilassa sillä on myös hyvä hapettumisenkestävyys, korroosionkestävyys ja korkea virumislujuus. . Lisäksi, koska metallien välinen seos on uusi materiaali superseoksen ja keraamisen materiaalin välillä, se täyttää näiden kahden materiaalin välisen aukon, joten siitä tulee yksi ihanteellisista materiaaleista lentokonemoottorien korkean lämpötilan komponenteille.
Maailmanlaajuisessa lentokonemoottorirakenteessa tutkimus- ja kehitystyö keskittyy pääasiassa metallien välisiin yhdisteisiin, kuten titaani-alumiiniin ja nikkeli-alumiiniin. Näillä titaanialumiiniyhdisteillä on periaatteessa sama tiheys kuin titaanilla, mutta niillä on korkeampi käyttölämpötila. Esimerkiksi TiAl:n käyttölämpötilat ovat 816 astetta ja 982 astetta. Metallien välisellä yhdisteellä on vahva atomien välinen sidos ja monimutkainen kiderakenne, mikä vaikeuttaa muodonmuutosta, ja se on kovaa ja hauras huoneenlämmössä. Vuosien kokeellisen tutkimuksen jälkeen on onnistuneesti kehitetty uudentyyppinen metalliseos, jolla on korkea lämpötilalujuus, huoneenlämpötilan plastisuus ja sitkeys, ja se on asennettu ja käytetty, ja sen vaikutus on erittäin hyvä. Esimerkiksi Yhdysvalloissa korkean suorituskyvyn F119-moottori käyttää metallien välisiä yhdisteitä kotelossa ja turbiinilevyissä, ja varmistuskoneen F120-moottorin kompressorin siivet ja levyt käyttävät uusia titaani-alumiini-intermetalliyhdisteitä.
6
hartsimatriisikomposiitit
Mitä ovat hartsimatriisikomposiitit? Se on kuituvahvistettu materiaali, joka perustuu orgaaniseen polymeeriin, jossa käytetään yleensä kuitulujitteita, kuten lasikuitua, hiilikuitua, basalttikuitua tai aramidikuitua. Hartsipohjaisia komposiittimateriaaleja käytetään laajalti lento-, auto- ja meriteollisuudessa.
kuva
Komposiittimateriaalien hartsimatriisi on pääasiassa lämpökovettuvaa hartsia. Jo 1940-luvulla lasikuituvahvisteista muovia käytettiin hävittäjien ja pommittajien suojakupuina. 1960-luvulla Yhdysvallat käytti boorikuituvahvistettua epoksihartsia peräsimenä, vaakasuuntaisina stabilaattoreina, siipien takareunaina, peräsimen ovissa jne. sotilaslentokoneissa, kuten F-4 ja F-111. Mitä tulee ohjusten valmistukseen, 1950-luvun lopulla Yhdysvaltain keskipitkän kantaman sukellusveneohjuksen Polaris A-2 toisen vaiheen kiinteän rakettimoottorin kotelossa käytettiin lasikuituvahvisteisia epoksihartsikäämitysosia, jotka ovat parempia. kuin teräskotelot. 27 prosenttia kevyempi; myöhemmin "Polaris A-3" valmistettiin tavallisen lasikuidun sijaan korkealaatuista lasikuitua, mikä teki kuoresta 50 prosenttia kevyemmän kuin teräskuoren, joten valikoima "Polaris A{{" 12}}" ohjus muutettiin 2700 tuhannesta metristä 4500 km:iin. 1970-luvulla aramidikuitua käytettiin lasikuidun sijasta epoksihartsin lujittamiseen, ja lujuus parani huomattavasti samalla, kun paino pieneni. Hiilikuituvahvisteisia epoksihartsikomposiitteja käytetään laajalti lentokoneissa, ohjuksissa, satelliiteissa ja muissa rakenteissa.
Hartsipohjaisten komposiittimateriaalien käyttöä lentokoneiden turbimoottoreissa tutkittiin 1950-luvulla. Yli 60 vuoden kehitystyön jälkeen GE, PW, RR, MTU, SNECMA ja muut yritykset ovat investoineet paljon energiaa hartsipohjaisten komposiittimateriaalien tutkimukseen ja kehittämiseen ja saavuttaneet suurta edistystä, ja sen suunnittelu on Sitä on sovellettu aktiivisiin lentokoneiden turbomoottoriin, ja sen soveltamista on taipumus laajentaa edelleen.
Hartsimatriisikomposiittien käyttölämpötila ei yleensä ylitä 350 astetta. Siksi hartsimatriisikomposiitteja käytetään pääasiassa lentokoneen kylmäpäässä.
7
metallimatriisikomposiitit
Mitä ovat metallimatriisikomposiitit? Se on komposiittimateriaali, joka on keinotekoisesti yhdistetty metalliin ja sen seokseen matriisina ja yhteen tai useampaan metalliseen tai ei-metalliseen vahvistukseen. Suurin osa sen lujitemateriaaleista on epäorgaanisia ei-metalleja, kuten keramiikkaa, hiiltä, grafiittia ja booria jne., ja myös metallilankoja voidaan käyttää. Yhdessä polymeerimatriisikomposiittien, keraamisten matriisikomposiittien ja hiili/hiilikomposiittien kanssa se muodostaa modernin komposiittijärjestelmän.
kuva
Metallimatriisikomposiittimateriaalien ominaisuudet: mekaniikan kannalta niillä on korkea poikittais- ja leikkauslujuus, hyvät kokonaisvaltaiset mekaaniset ominaisuudet, kuten sitkeys ja väsymys, sekä lämmönjohtavuus, sähkönjohtavuus, kulutuskestävyys, pieni lämpölaajenemiskerroin, hyvä vaimennus , ei kosteuden imeytymistä eikä korroosionkestävyyttä. Edut, kuten ikääntyminen ja ilman saastumista. Esimerkiksi hiilikuituvahvisteisten alumiinikomposiittimateriaalien ominaislujuus on 3 ~ 4 × 107 mm ja ominaismoduuli on 6 ~ 8 × 109 mm. Esimerkiksi grafiittikuituvahvisteisen magnesiumin ominaismoduuli voi olla 1,5 × 1010 mm, ja sen lämpölaajenemiskerroin on lähes nolla.
On syytä mainita, että hartsipohjaisiin komposiittimateriaaleihin verrattuna metallipohjaisilla komposiittimateriaaleilla on hyvä sitkeys, ne eivät ime kosteutta ja kestävät suhteellisen korkeita lämpötiloja. Metallimatriisikomposiittien lujitekuituja ovat metallikuidut, kuten ruostumaton teräs, volframi, lyijy, nikkeli-alumiini intermetalliyhdisteet jne.; keraamiset kuidut, kuten alumiinioksidi, piioksidi, hiili, boori, piikarbidi jne.
Metallimatriisikomposiittien matriisimateriaaleja ovat alumiini, alumiiniseos, magnesium, Chin- ja Chin-lejeeringit, lämmönkestävät seokset, timantiseokset jne. Niistä alumiiniseoksiin, alumiiniseoksiin ja rautaseoksiin perustuvat komposiittimateriaalit ovat tällä hetkellä päävalinnat . Esimerkiksi SiC-kuituvahvisteisia Chin-seosmatriisikomposiitteja voidaan käyttää kompressorin siipien valmistukseen. Hiilikuitu- tai alumiinioksidikuituvahvisteisia magnesium- tai magnesiumseosmatriisikomposiitteja voidaan käyttää turbopuhaltimien siipien valmistukseen. Toinen esimerkki on, että nikkeli-kromi-alumiini-iridiumkuituvahvisteisia nikkelipohjaisia seosmatriisikomposiitteja voidaan käyttää turbiinien ja kompressorien tiivistyselementtien valmistukseen.
Lisäksi tuuletinkotelot, roottorit, kompressorilevyt ja muut osat valmistetaan metallimatriisikomposiiteista ulkomailla. Mutta yksi suurimmista ongelmista tämän tyyppisessä komposiittimateriaalissa on se, että vahvistuskuidun ja matriisimetallin välillä on helppo reagoida hauraan faasin muodostamiseksi, mikä heikentää materiaalin suorituskykyä. Varsinkin kun sitä käytetään pitkään korkeammassa lämpötilassa, rajapinnan reaktio on näkyvämpi. Nykyinen ratkaisu on lisätä sopivia pinnoitteita kuidun pinnalle ja lejeerata matriisimetallia eri kuitujen ja eri alustojen mukaan rajareaktion hidastamiseksi ja komposiittimateriaalin suorituskyvyn luotettavuuden ylläpitämiseksi.
kuva
Moottorin tuulettimen siivissä käytetyt materiaalit
Moottorin tuulettimen siipi on turbopuhallinmoottorin edustavin ja erittäin tärkeä osa, ja turbopuhaltimen moottorin suorituskyky liittyy läheisesti sen kehitykseen. Verrattuna titaaniseoksesta valmistettuihin tuulettimen siipiin, hartsimatriisikomposiittimateriaalista valmistettujen tuulettimen siipillä on erittäin selvä etu painonpudotuksessa. Painonpudotuksen ilmeisten etujen lisäksi hartsipohjaisilla komposiittipuhallinsiivillä on vähemmän vaikutusta tuulettimen koteloon törmäyksen jälkeen, joten tuulettimen kotelon suojausta on hyödyllistä parantaa.
Ulkomailla kaupalliseen käyttöön tarkoitettujen komposiittipuhaltimien pääedustajia ovat: GE90-sarjan moottorit B777:lle, GEnx-moottorit B787:lle ja LEAP-X-moottorit COMAC C919:lle. Jo vuonna 1995 hartsipohjaisista komposiittimateriaalista valmistettujen puhaltimien siipillä varustettu GE90-94B-moottori otettiin virallisesti kaupalliseen käyttöön, mikä merkitsi hartsipohjaisten komposiittimateriaalien teknisen sovelluksen virallista toteutusta nykyaikaisissa korkean suorituskyvyn lentokoneissa. . Aerodynamiikan, korkean ja matalan syklin väsymisjaksojen ja muiden tekijöiden kattavan harkinnan perusteella GE on kehittänyt uuden komposiittituulettimen siiven seuraavaa GE90-115B-moottoria varten.
2000-luvulla lentokoneen moottoreiden voimakas kysyntä erittäin vaurioituneille komposiittimateriaaleille ohjaa komposiittimateriaaliteknologian kehitystä edelleen, ja erittäin vaurioita sietävien materiaalien vaatimuksia on vaikea täyttää jatkuvasti parantamalla hiilikuitujen sitkeyttä. /epoksihartsi esipregsit. Tämän seurauksena 3D-kudotut rakennekomposiittituulettimen siivet alkoivat ilmestyä.
Moottorin tuulettimen kotelossa käytetyt materiaalit
Moottorin tuulettimen kotelo on lentokoneen moottorin suurin kiinteä osa, ja sen painon vähentäminen vaikuttaa suoraan lentokoneen moottorin työntövoima-painosuhteeseen ja hyötysuhteeseen. Siksi ulkomaiset kehittyneet lentokonemoottorien OEM-valmistajat ovat aina olleet sitoutuneet puhallinkotelon painon vähentämiseen ja rakenteelliseen optimointiin.
kuva
Moottorin tuulettimen koppeissa käytetyt materiaalit
Koska se ei ole pääosaa kantava komponentti, tuulettimen koppa on yksi ensimmäisistä komposiittimateriaaleista valmistetuista osista lentokoneen moottorissa. Komposiittimateriaaleista valmistettu tuulettimen koppa voi tarjota kevyemmän painon, yksinkertaistetun jäänestorakenteen, paremman korroosionkestävyyden ja paremman väsymiskestävyyden. Kuten kuuluisan RR-yhtiön RB211-moottori, PW-yhtiön PW1000G ja PW4000 käyttävät hartsipohjaisia komposiittimateriaaleja tuulettimen korkkien valmistukseen.
Lentokonemoottorien keskuskoneisiin verrattuna hartsipohjaisilla komposiittimateriaaleilla on erittäin laaja käyttöalue lentokoneen moottoreissa. Maailmanlaajuiset valmistajat ovat käyttäneet hartsipohjaisia komposiittimateriaaleja suuressa mittakaavassa koneen sisääntuloissa, suojuksissa, työntövoiman suunnassa ja melunvaimennuspäällysteissä. Materiaali. Muiden osien osalta hartsipohjaisia komposiittimateriaaleja levitetään vaihtelevassa määrin myös lentokonemoottorien tuulettimen ohjainlevyissä, laakerien tiivistekansioissa ja kansilevyissä.
