工藝創(chuàng)新在航空材料中的作用-wenkub
2023-02-02 22:37:31 本頁面
【正文】 度降低，但并不影響使用可靠性。俄羅斯和我國鈦合金盤高倍組織均勻性的對比俄羅斯鈦合金盤的高低倍組織我國鈦合金盤的高低倍組織TC11鈦合金高壓壓氣機轉(zhuǎn)子，其壓氣機盤全部采用高低溫交替鍛造工藝。 塑性成形工藝的典例 鈦合金高低溫交替鍛造工藝●金屬材料從鑄錠開坯經(jīng)坯料鍛造直至最終模鍛往往要經(jīng)過很多火次，每火的加熱溫度通常是從高溫遞減至較低溫度，國內(nèi)外鈦合金傳統(tǒng)的鍛造工藝也是如此。未來的趨勢是部分地被樹脂基、金屬基、陶瓷基復(fù)合材料和金屬間化合物所取代。波音飛機鈦用量隨年代的變化 空客民機機體上鈦合金和復(fù)合材料的用量（ % ）● 美國 21世紀保持空中優(yōu)勢的高性能發(fā)動機◇ F414（推重比 9， F/A18E/F用）◇ F119（推重比 10， F/A22用）◇ F135（ F119的推力增大型， F35用）◇ 推重比 15～ 20發(fā)動機（綜合高性能渦輪發(fā)動機技術(shù)）◇ 高超音速飛機用沖壓噴氣發(fā)動機F119發(fā)動機（ F/A22用）高超音速飛機 X43A采用沖壓噴氣發(fā)動機以三軸式結(jié)構(gòu)和全鈦壓氣機為主要特色的遄達發(fā)動機和 RB211發(fā)動機● 現(xiàn)代民用飛機均采用渦扇發(fā)動機作為動力裝置，而其中羅 F35 (JSF, 2023年開始服役，空中霸主）◇ 輕型多用途◇ Mmax=，不超音速巡航◇ 隱身◇ 價廉， 2800～ 3500萬美元 /架◇ 美三軍和英皇家海軍共訂購 3002架，以色列、新加坡、希臘、波蘭、韓國、澳大利亞、臺灣都要加盟X45 (2023開始服役，無人作戰(zhàn)飛機）◇ 飛行高度最終目標為 ◇ 2023年將讓無人作戰(zhàn)機與人工駕駛機混合戰(zhàn)斗訓(xùn)練◇ 2023年 5月 22日 X45A首次秘密試飛成功◇ 隱身、無尾B2 （幽靈， 已服役，隱形轟炸機）◇ 隱形，雷達截面積 ◇ 遠程，航程（空中加油一次）＞ 18530km◇ 精確制導(dǎo)，每架可投擲 16顆 2023磅鉆地彈◇ 與 F/A22組成一支能快速部署的全球隱身打擊特遣部隊B3 (概念設(shè)計圖， 2025年開始服役，高超音速轟炸機）◇ M＞ 5， 1小時內(nèi)橫越大西洋，幾小時內(nèi)轟炸世界上任何地點◇ 隱身◇ 載彈量 ≥B52美國軍用飛機上各種材料用量占機體結(jié)構(gòu)總量的百分比● 隨著軍用飛機的發(fā)展，各種材料在飛機機體上的用量不斷變化，總的趨勢是復(fù)合材料和鈦合金的用量逐漸增多SR71高空高速偵察機● 高超音速轟炸機用材必然要發(fā)生很大變化。在很多情況下，工藝創(chuàng)新往往是最有效的綜合達到兩 “高 ”兩 “低 ”目標的途徑。高性能 高效率 低成本 低污染●不同的使用對象和不同的歷史時期，材料發(fā)展的驅(qū)動力可能有不同的側(cè)重，但是應(yīng)綜合考慮兩 “高 ”兩 “低 ”的要求?！癫牧系牧W(xué)性能和使用可靠性取決于組織結(jié)構(gòu)（包括缺陷情況），而組織結(jié)構(gòu)不僅取決于成分，而且取決于工藝（制備技術(shù)）。2. 航空材料發(fā)展背景● 先進飛機及其發(fā)動機（特別是軍用的）的需求是航空材料發(fā)展的強大推動力。即使早期研制成功的 SR71高空高速偵察機（ M=3），由于蒙皮溫度已相當高，故鈦合金用量高達93% 。羅公司生產(chǎn)的三軸式渦扇發(fā)動機最具特色。3. 工藝創(chuàng)新在航空材料發(fā)展中的顯要作用 從上述發(fā)展背景可以看出，為了滿足飛機及其發(fā)動機日新月異的需求，航空材料必須不斷創(chuàng)新，而材料創(chuàng)新的內(nèi)涵包含成分創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新兩大部分。然而，鈦合金大型鍛件及其坯料的組織經(jīng)常出現(xiàn)嚴重的不均勻，俗稱 “大花臉 ”，對力學(xué)性能不利。該 “工藝研究 ”項目獲國家科技進步一等獎。這種關(guān)鍵性能上的戲劇性變化是單純依靠合金成分的改變所辦不到的。 等溫、近等溫和超塑性加工工藝鈦合金材料發(fā)展過程遇到的較大困難是塑性加工溫度范圍狹窄，而且由于導(dǎo)熱性差（見表）而使坯料表面溫度冷卻很快，其變形不均勻問題很難解決，相應(yīng)地組織性能不均勻和表面裂紋等問題突出。這是因為當含碳量高達 % 時，雖可顯著提高鋼的強度和硬度，卻因形成大量脆性的滲碳體網(wǎng)狀組織而無法鍛打刀劍?，F(xiàn)在，這種新的經(jīng)過超塑性加工的鋼刀鋼剪已在美國和日本上市，人們在自己的廚房里就可一試大馬士革寶刀的鋒芒了。直徑 50?m纖維的強度為 4170MPa，直徑 15?m纖維的強度為 5300MPa。目前已用此法獲得直徑為 10?m的不銹鋼超細纖維?！衽c陶瓷型熔模鑄造相比，節(jié)省成本 40～ 50% ，減少了污染，提高了性能（見圖）。以 V22轉(zhuǎn)接座為例，降低成本 30%，加工和安裝時間減少 62%V22轉(zhuǎn)接座前后兩種方案的對比示意圖主要靠關(guān)鍵技術(shù)及其誘人的效果壯了膽?！? 為什么敢用？美國、英國與航材院渦輪葉片用高溫合金的發(fā)展 高溫合金葉片
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