工藝創(chuàng)新在航空材料中的作用(完整版)
【正文】 細晶精鑄工藝斯貝發(fā)動機起動器細晶葉盤。●促進了鈦合金鑄件在 F22等飛機上的大量應(yīng)用， F22就有 6個大型 Ti6Al4V鑄件，連 F22的側(cè)機身與機翼的接頭這種非常關(guān)鍵的零件都采用了 Ti6Al4V鑄件，無疑這是鈦合金鑄造技術(shù)邁出的非常大的一步！——2023 年初 Howmet公司又接到一批 F22大型鈦鑄件的訂貨合同，總價值 800萬美元?！穹?GMM（重力金屬型鑄造）和 VDC（真空金屬模鑄造）。冷拉超細纖維的直徑越小，強度越高。鍛打?qū)毜兜蔫F坯產(chǎn)于印度，能被敘利亞工匠鍛成削鐵如泥的寶刀，但運至歐洲讓最高明的工匠鍛造時，卻脆得無法成形。因此，國內(nèi)外均在發(fā)展高溫形變強韌化工藝，花樣頗多，如近 β鍛、準 β鍛、亞 β鍛、 β鍛、全 β鍛等，均在不同程度上提高了 KIC和蠕變強度，減慢了da/dN，其 δ和 ψ雖在多數(shù)情況下有不同程度降低，但并不影響使用可靠性。 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。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 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。●材料的力學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)）。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% 。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。該 “工藝研究 ”項目獲國家科技進步一等獎。 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?，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。目前已用此法獲得直徑為 10?m的不銹鋼超細纖維。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。大型單晶葉片與較小葉片對比GE公司用第二代單晶合金 ReneN5鑄出長 400mm、重 9Kg的 GE90發(fā)動機單晶空心葉片。 1980年，用熱等靜壓工藝制成的F404發(fā)動機 Rene’95粉末渦輪盤破裂而導(dǎo)致一等事故。從 1400℃ 的高溫合金熔液霧化沉積成盤件的實況噴射成形的 TiAl合金 (Ti48Al2Nb2Mn)環(huán)形件噴射成形設(shè)備（ 70Kg容量）●BIAM較早就建立了噴射成形設(shè)備（見圖）和開展了研究?！窳W性能達到鍛件水平●可裁縫式地制成 “變成分 ”的材料和零件●一種比傳統(tǒng)補焊好得多的修補手段●應(yīng)用實例F/A18E/F已選定 4個 Ti6Al4V大型構(gòu)件應(yīng)用此工藝鑒于激光成形工藝可顯著降低研制周期與成本，對航空工業(yè)高性能金屬構(gòu)件有戰(zhàn)略性重要意義，美國國防后勤局最近與明尼蘇達州的AeroMet 公司簽訂了 1900萬美元的多年協(xié)議，用激光成形法為軍用飛機與發(fā)動機制造鈦合金結(jié)構(gòu)件的試生產(chǎn)件，由 CAD文檔驅(qū)動高功率激光器將鈦合金粉末熔結(jié)而制成近凈形件。 鋁合金的 “T77”熱處理工藝—— 通過熱處理工藝創(chuàng)新提高綜合性能●改善強度與抗蝕性的匹配實例： B777大量選用 7055T77和 7150T77（見 B777選材圖）高強度鋁合金的發(fā)展與應(yīng)用● 該熱處理工藝的特點(1) 精確控溫的高溫固溶處理固溶處理溫度非常接近過燒溫度，因此必須精確控溫（ 177?！狥22 是首例大量采用 RTM工藝的飛機。 鋁材 /樹脂基復(fù)合材料的層合工藝（ GLARE）空客研制的 A380是世界上最大的雙層客
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