《航空航天材料》ppt課件-文庫吧
2024-12-31 09:22 本頁面
【正文】 材料 鈦合金、高溫合金 TiAl, Ti合金高溫合金 Ti合金、 TiAl金屬基復(fù)合材料 燃 燒 室 溫升 (℃ ) 800 10501150 12501350 關(guān)鍵材料 850℃ 鎳基高溫合金 1100℃ 鎳基高溫合金 +陶瓷涂層 1540℃ 陶瓷基復(fù)合材料 高 壓 渦 輪 進(jìn)氣溫度 (℃ ) 13501500 15501750 18002100 絕熱效率 冷卻 復(fù)合冷卻 高效冷卻 氣膜冷卻 關(guān)鍵材料 定向凝固或單晶葉片 (1100℃ ) 粉末渦輪盤 單晶葉片 +熱障涂層 金屬間化物 (1200℃ ) 多孔層板 金屬間化物復(fù)合材料 C/C復(fù)合材料 2022航空宇航科學(xué)與技術(shù)全國博士生學(xué)術(shù)論壇 ?推重比的不斷提高要求材料的輕量化，高壓渦輪溫度的攀升 是材料中的最大難點(diǎn)。除了采用耐高溫材料以外，需要有效 冷卻。圖 7為美國宇航局對(duì)今后航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料的預(yù)測。 圖 7 未來發(fā)動(dòng)機(jī)材料預(yù)測 Ni基合金 Ti基復(fù)合材料 難熔 鋼 Ni、 Fe、 Nb鋁化 物基復(fù)合材料 鈦鋁化合物基 復(fù)合材料 碳基復(fù)合材料 鈷基合金 高分子基復(fù)合材料 Al、 Mg基復(fù)合材料 ?可以看出，今后 TiAl基材料大幅增加，不耐氧化的碳基及難熔金屬也將介入。 2022航空宇航科學(xué)與技術(shù)全國博士生學(xué)術(shù)論壇 ? 應(yīng)該指出，渦輪前溫度提高對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)推力的提高十分重要，一般來說， 渦輪前溫度每提高 100℃ ，推力提高 20～ 25％，熱效率提高 8％，對(duì)材料 來說，難度最大的是渦輪葉片和渦輪盤。對(duì)葉片材料來說，目前是鎳基 高溫合金，由于熔點(diǎn)（ 1250 ～ 1350 ℃ ）所限，工作溫度不可能太高， 因而采用以下幾種措施： 鑄造高溫合金：多晶（ 1958）－柱晶（ 1962）－單晶（ 1970） 對(duì)流冷卻（ 60年代初，美 61年，中國 66年） 沖擊冷卻 氣膜冷卻 層板冷卻（冷卻效果 700800℃ ） 發(fā)汗冷卻（難點(diǎn)：碳化問題） 導(dǎo)熱率最低的 ZrO2涂層可提高 250℃ ，用于海洋及工業(yè)氣氛中的抗腐蝕涂 層采用 PtAl，一般腐蝕采用 Al或 MCrAlY 2022航空宇航科學(xué)與技術(shù)全國博士生學(xué)術(shù)論壇 ? 渦輪盤在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中是另一類難度最大的材料，溫度雖然不太高 （ 850℃ ），但受力復(fù)雜，除承受渦輪葉片高強(qiáng)的離心力外，還有熱應(yīng) 力，渦輪盤的斷裂將導(dǎo)致機(jī)毀人亡，而且由于其尺寸較大，在凝固過程 中容易發(fā)生合金元素的偏析，而導(dǎo)致脆性相的發(fā)生。解決的辦法： 1. 粉末冶金法 真空感應(yīng)爐熔煉－噴粉－粉末篩分－去夾雜物－除氣裝罐－熱等靜壓 －等溫鍛造成型 2. 噴射成型 合金熔煉－霧化沉積－鍛壓成型，工藝簡單，成品率高，潔凈度高 3. 復(fù)合結(jié)構(gòu)渦輪盤 4. 整體成型 用于小型發(fā)動(dòng)機(jī)， 鑄造 → HIP→ 探傷 → 機(jī)加工 5. 低偏析技術(shù) 降低微量元素含量，減少偏析，可提高鍛造溫度，降低抗力，精密成 型，提高成品率 2022航空宇航科學(xué)與技術(shù)全國博士生學(xué)術(shù)論壇 輪緣（高溫，粗晶） 輪體（高強(qiáng)，細(xì)晶） 圖 8 復(fù)合結(jié)構(gòu)的渦輪盤 圖 9 整體成型的渦輪盤 圖 10 高溫合金凝固中的低偏析原理 2022航空宇航科學(xué)與技術(shù)全國博士生學(xué)術(shù)論壇 ?飛機(jī)材料一直以鋁為主，近年來鈦合金及復(fù)合材料發(fā)展很快。 機(jī)種 年代 材料（％） 鋁 鋼 鈦 復(fù)合材料 B747 1969 81 13 4 1 A300B 1973 76 13 4 5 B757 1982 78 12 6 3 B767 1981 80 14 2 3 A320 1987 B777 1994 70 11 7 11 A340 1991 75 8 6 8 A380 2022 － － 10 22 B787 2022 － － 15 50 A350 2022 － － 9 37 表 2 民機(jī)機(jī)體主要材料的使用量 2022航空宇航科學(xué)與技術(shù)全國博士生學(xué)術(shù)論壇 ? 幾種典型材料 1. 復(fù)合材料 復(fù)合除有較高的比強(qiáng)度、比剛度、抗疲勞及消震性能以外，還有 整體制造和智能化的優(yōu)點(diǎn)。所謂智能化就是通過功能元件、光纖 傳導(dǎo)，達(dá)到自診斷，自恢復(fù)及自愈合的目的，這是其它類型材料 難以完成的。 復(fù)合材料大體可分為以
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