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(duì)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(jī)轉(zhuǎn)子，其壓氣機(jī)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(jī)鈦用量隨年代的變化 空客民機(jī)機(jī)體上鈦合金和復(fù)合材料的用量（ % ）● 美國 21世紀(jì)保持空中優(yōu)勢的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)◇ 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(dòng)機(jī)（綜合高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)）◇ 高超音速飛機(jī)用沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)F119發(fā)動(dòng)機(jī)（ F/A22用）高超音速飛機(jī) X43A采用沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以三軸式結(jié)構(gòu)和全鈦壓氣機(jī)為主要特色的遄達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)和 RB211發(fā)動(dòng)機(jī)● 現(xiàn)代民用飛機(jī)均采用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)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(jià)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(tái)灣都要加盟X45 (2023開始服役，無人作戰(zhàn)飛機(jī)）◇ 飛行高度最終目標(biāo)為 ◇ 2023年將讓無人作戰(zhàn)機(jī)與人工駕駛機(jī)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(jī)）◇ 隱形，雷達(dá)截面積 ◇ 遠(yuǎn)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(duì)B3 (概念設(shè)計(jì)圖， 2025年開始服役，高超音速轟炸機(jī)）◇ M＞ 5， 1小時(shí)內(nèi)橫越大西洋，幾小時(shí)內(nèi)轟炸世界上任何地點(diǎn)◇ 隱身◇ 載彈量 ≥B52美國軍用飛機(jī)上各種材料用量占機(jī)體結(jié)構(gòu)總量的百分比● 隨著軍用飛機(jī)的發(fā)展，各種材料在飛機(jī)機(jī)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(jī)● 高超音速轟炸機(jī)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(dá)到兩 “高 ”兩 “低 ”目標(biāo)的途徑。高性能 高效率 低成本 低污染●不同的使用對(duì)象和不同的歷史時(shí)期，材料發(fā)展的驅(qū)動(dòng)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(jìn)飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)（特別是軍用的）的需求是航空材料發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力。即使早期研制成功的 SR71高空高速偵察機(jī)（ M=3），由于蒙皮溫度已相當(dāng)高，故鈦合金用量高達(dá)93% 。羅公司生產(chǎn)的三軸式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)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(yán)重的不均勻，俗稱 “大花臉 ”，對(duì)力學(xué)性能不利。該 “工藝研究 ”項(xiàng)目獲國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。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?yàn)楫?dāng)含碳量高達(dá) % 時(shí)，雖可顯著提高鋼的強(qiáng)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(qiáng)度為 4170MPa，直徑 15?m纖維的強(qiáng)度為 5300MPa。目前已用此法獲得直徑為 10?m的不銹鋼超細(xì)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(shí)間減少 62%V22轉(zhuǎn)接座前后兩種方案的對(duì)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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