Aviācijas ražošana ir koncentrētākā augsto tehnoloģiju joma un pieder progresīvām ražošanas tehnoloģijām. Piemēram, F119 dzinējs, ko izstrādājis Pratt & Whitney no Amerikas Savienotajām Valstīm, F120 dzinējs General Electric Company, M88-2 dzinējs SNECMA Company of France un EJ200 dzinējs, ko kopīgi izstrādāja Apvienotā Karaliste un Vācija. , Itālijā un Spānijā. Ir vērts pieminēt, ka šiem aviācijas dzinējiem, kas pārstāv pasaulē vismodernāko līmeni, ir kopīga iezīme izmantot jaunus materiālus, jaunus procesus un jaunas tehnoloģijas. Septiņi jaunie izmantotie materiāli tiek ieviesti attiecīgi šādi:
1
Oglekļa/oglekļa kompozīts
Kas ir oglekļa/oglekļa kompozītmateriāli? Tas ir oglekļa matricas kompozītmateriāls, kas pastiprināts ar oglekļa šķiedru un tās audumu, ar zemu blīvumu (<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.
Lai gan oglekļa/oglekļa kompozītmateriāliem ir daudz izcilu augstas temperatūras īpašību, tie tiek pakļauti oksidācijas reakcijai aerobā vidē, kuras temperatūra ir augstāka par 400 grādiem, kā rezultātā krasi pasliktinās materiāla īpašības. Tāpēc oglekļa/oglekļa kompozītmateriālu pielietošanai augstas temperatūras aerobā vidē ir jāveic oksidācijas aizsardzības pasākumi. Oglekļa/oglekļa kompozītmateriālu aizsardzība pret oksidāciju galvenokārt tiek veikta, izmantojot šādus divus veidus, tas ir, matricas modifikāciju un virsmas aktīvo punktu pasivēšanu var izmantot, lai aizsargātu oglekļa/oglekļa kompozītmateriālus zemākās temperatūrās; temperatūrai paaugstinoties, ir jāizmanto pārklājuma metode, lai oglekļa/oglekļa kompozītmateriālu izolētu no tieša kontakta ar skābekli, lai sasniegtu oksidācijas aizsardzības mērķi. Pašlaik pārklāšanas metode ir visbiežāk izmantotā metode. Nepārtraukti attīstoties zinātnei un tehnoloģijai, arvien vairāk tiek paļauts uz oglekļa/oglekļa kompozītmateriālu veiktspēju īpaši augstā temperatūrā, un vienīgais iespējamais oksidācijas aizsardzības risinājums īpaši augstas temperatūras apstākļos var būt tikai pārklājuma aizsardzība. .
Ir vērts pieminēt, ka kompozītmateriāli uz C/C bāzes ir jauns materiāls ar augstāku temperatūras noturību, kam pēdējos gados pievērsta vislielākā uzmanība pasaulē. Tā kā tikai C/C kompozītmateriāli tiek uzskatīti par vienīgajiem pēctečiem turbīnas rotoru lāpstiņām, kuru vilces un svara attiecība ir lielāka par 20 un dzinēja ieplūdes temperatūra ir 1930-2227 grādi. Augstākais stratēģiskais mērķis, ko tiecas attīstītas industriālās valstis.
Tā sauktais C/C kompozītmateriāls ir ar oglekļa šķiedru pastiprināts oglekļa bāzes kompozītmateriāls, kas apvieno oglekļa ugunsizturīgās īpašības ar oglekļa šķiedras augsto izturību un stingrību, padarot to netrauslu. Tā kā kompozītmateriāliem, kuru pamatā ir C/C, ir mazs svars, augsta izturība, izcila termiskā stabilitāte un lieliska siltumvadītspēja, tie mūsdienās ir visideālākie augstas temperatūras izturīgie materiāli, jo īpaši augstas temperatūras vidēs ar 1000-1300 grādu C. Spēks ne tikai nesamazinājās, bet spēja palielināties. It īpaši, ja tas ir zemāks par 1650 grādiem, tas joprojām saglabā spēku un maigumu istabas temperatūrā. Tāpēc C/C kompozītmateriāliem ir liels attīstības potenciāls kosmosa ražošanā.
Ir vērts pieminēt, ka viena no galvenajām C/C kompozītmateriālu problēmām aviācijas dzinēju pielietošanā ir slikta oksidācijas izturība. Tāpēc pēdējos gados Amerikas Savienotās Valstis ir pieņēmušas virkni tehnoloģisku pasākumu, lai atrisinātu šo problēmu, un pakāpeniski tos piemēro jaunajam dzinējam. Piemēram, amerikāņu F119 dzinēja pēcdedzinātāja astes sprausla, F100 dzinēja sprausla un sadegšanas kameras sprausla, kā arī dažas F120 verifikācijas iekārtas sadegšanas kameras daļas ir izgatavotas no kompozītmateriāliem, kuru pamatā ir C/C. Cits piemērs ir franču M88-2 dzinējs, un Mirage 2000 dzinēja pēcdegļa degvielas iesmidzināšanas stienis, siltuma vairogs un sprausla arī izmanto kompozītmateriālus, kuru pamatā ir C/C.
2
Jauns materiāls no īpaši augstas stiprības tērauda
Kas ir īpaši augstas stiprības tērauds? Vidū{0}} ASV izstrādāja Cr-Mo tēraudu (AISI4130) un Cr-Ni-Mo tēraudu (AISI 4340). Pēc rūdīšanas un rūdīšanas zemā temperatūrā stiepes izturība bija attiecīgi 170 un 190 kgf/mm2. 1950. gadu sākumā Si un V tika pievienoti AISI 4340 tēraudam, lai iegūtu 300M ar stiepes izturību 190–210 kgf/mm2. 1960. gadā International Nickel Company izgatavoja martensīta tēraudu ar stiepes izturību aptuveni 180 kgf/mm2 un izturību līdz 390 kgf/mm. 1970. gados ASV samazināja C un palielināja Si, pamatojoties uz 300M, uzlaboja stingrību un izveidoja HP310 tēraudu; pamatojoties uz martensīta tēraudu, tas kļuva par AF1410 tēraudu ar stiepes izturību 170 kgf/mm2 un izturību pret lūzumu 400 kgf/mm2 mm.
bilde
Ir vērts atzīmēt, ka īpaši augstas stiprības tēraudam jābūt ar augstu stiepes izturību un jāsaglabā pietiekama stingrība. Tam nepieciešama arī liela īpatnējā stiprība (stiprības attiecība pret blīvumu) un augsta ražības attiecība (σs/σb), lai samazinātu komponenta svaru, un tai ir jābūt labai metināmībai un formējamībai, kā arī citām procesa īpašībām. Īpaši augstas stiprības tēraudam ir ļoti augstas metalurģijas kvalitātes prasības, un to bieži kausē elektriskā loka krāsnī un elektroizdedžu pārkausēšanā. Tērauda veidus, kuriem nepieciešama augsta tīrība, galvenokārt kausē vakuuma indukcijas krāsnīs vai vakuuma patērējamās elektriskās loka krāsnīs. Vidēji un mazleģētiem īpaši augstas stiprības tēraudiem termiskās apstrādes laikā ir jānovērš dekarburizācija; martensīta tēraudus un nokrišņos rūdošus nerūsējošos tēraudus var apstrādāt ar cietu šķīdumu parastās apkures krāsnīs. Metināšanai jāizmanto aizsarggāzes metināšana vai argona volframa loka metināšana. Daži zemleģēti īpaši augstas stiprības tēraudi ar augstu oglekļa saturu (apmēram 0,4 procenti) nekavējoties pēc metināšanas ir jāatlaidina no spriedzes.
Ir vērts pieminēt, ka īpaši augstas stiprības tērauds tiek izmantots kā materiāls gaisa kuģu šasijai. Piemēram, otrās paaudzes lidmašīnā izmantotā šasija ir izgatavota no 30CrMnSiNi2A tērauda ar stiepes izturību 1700 MPa. Šāda veida šasijas īss kalpošanas laiks ir aptuveni 2000 lidojuma stundu.
Vēl viens piemērs ir tāds, ka trešās paaudzes iznīcinātāja konstrukcija paredz, ka šasijas kalpošanas laiks pārsniedz 5,000 lidojuma stundas. Tajā pašā laikā, palielinoties gaisa kuģa aprīkojumam, samazinās gaisa kuģa konstrukcijas svara koeficients, un tiek izvirzītas augstākas prasības šasijas materiālu izvēlei un ražošanas tehnoloģijai. Gan ASV, gan mūsu trešās paaudzes iznīcinātāji izmanto 300M tērauda (stiepes izturība 1950MPa) šasijas ražošanas tehnoloģiju.
Faktiski materiālu pielietošanas tehnoloģiju uzlabošana veicina turpmāku šasijas kalpošanas laika pagarināšanu un pielāgošanās spēju paplašināšanos. Piemēram, Eiropas Airbus A380 lidmašīnas šasijā ir izmantota īpaši liela integrēta kalšanas tehnoloģija, jauna atmosfēras aizsardzības termiskās apstrādes tehnoloģija un ātrgaitas liesmas izsmidzināšanas tehnoloģija, lai šasijas kalpošanas laiks atbilstu konstrukcijas prasībām. Tāpēc jaunu materiālu un ražošanas metožu ieviešana nodrošināja lidmašīnu nomaiņu.
bilde
Kā mēs visi zinām, lidaparātu ilgmūžības konstrukcija korozijizturīgā vidē izvirza augstākas prasības materiāliem. Piemēram, AerMet100 tēraudam ir tāds pats stiprības līmenis kā 300M tēraudam, taču tā vispārējā izturība pret koroziju un izturība pret koroziju ir ievērojami labāka nekā 300M tēraudam. Atbilstošā šasijas ražošanas tehnoloģija ir izmantota uzlabotiem lidaparātiem, piemēram, F/A-18E/F, F-22 un F-35. Augstākas izturības Aermet310 tēraudam ir zemāka izturība pret lūzumiem, un tas tiek nepārtraukti attīstīts un uzlabots. Pret bojājumiem izturīgā īpaši augstas stiprības tērauda AF1410 plaisu augšanas ātrums ir ārkārtīgi lēns, ko var izmantot kā B-1 lidmašīnas spārna izpildmehānisma savienojumu, kas ir par 10,6 procentiem vieglāks nekā Ti. -6Al-4V ar apstrādes veiktspējas pieaugumu par 60% un izmaksu samazinājumu par 30,3%. Piemēram, Krievijas Smig-1.42 izmantotā augstas stiprības nerūsējošā tērauda daudzums sasniedz pat 30 procentus . PH13-8Mo ir vienīgais augstas stiprības martensīta nokrišņu cietēšanas nerūsējošais tērauds, ko plaši izmanto kā korozijizturīgus komponentus. Īpaši augstas stiprības zobratu (gultņu) tēraudi ir izstrādāti arī starptautiski, piemēram, CSS-42L, Gearmet C69 u.c., un ir izmantoti dzinējos, helikopteros un aviācijā.
3
Augstas temperatūras sakausējuma materiāls
Kas ir supersakausējuma materiāli? Augstas temperatūras sakausējumi faktiski ir sadalīti trīs veidu materiālos: 760 grādu augstas temperatūras materiāli, 1200 grādu augstas temperatūras materiāli un 1500 grādu augstas temperatūras materiāli ar stiepes izturību 800 MPa. Citiem vārdiem sakot, tas attiecas uz augstas temperatūras metāla materiāliem, kas ilgstoši darbojas 760-1500 grādu un noteiktos stresa apstākļos. Tā svarīgās īpašības: tai ir lieliska izturība augstā temperatūrā, laba oksidācijas un termiskās korozijas izturība, laba noguruma veiktspēja, izturība pret lūzumiem un citas visaptverošas īpašības, un tas ir kļuvis par neaizvietojamu galveno materiālu militāro un civilo gāzturbīnu dzinēju karstajām daļām. izmantot visā pasaulē.
760 grādu augstas temperatūras materiāli Kopš 1930. gadu beigām Lielbritānija, Vācija, ASV un citas valstis sāka pētīt supersakausējumus. Otrā pasaules kara laikā, lai apmierinātu jaunu aviācijas dzinēju vajadzības, supersakausējumu izpēte un izmantošana iegāja straujas attīstības periodā. 1940. gadu sākumā Apvienotā Karaliste pirmo reizi pievienoja nelielu daudzumu alumīnija un titāna 80Ni-20Cr sakausējumam, lai izveidotu ' fāzi (gamma prime) stiprināšanai, un izstrādāja pirmo niķeļa sakausējumu ar augstu - temperatūras izturība. Šajā periodā, lai apmierinātu virzuļu aerodzinēju turbokompresoru izstrādes vajadzības, ASV sāka izmantot Vitallium kobalta sakausējumus, lai izgatavotu asmeņus.
bilde
Ir vērts pieminēt, ka ASV ir arī izstrādājušas Inconel sakausējumus uz niķeļa bāzes, lai izgatavotu reaktīvo dzinēju sadegšanas kameras. Vēlāk, lai vēl vairāk uzlabotu sakausējuma izturību augstā temperatūrā, metalurgi niķeļa sakausējumam pievienoja tādus elementus kā volframs, molibdēns un kobalts, lai palielinātu alumīnija un titāna saturu, un izstrādāja virkni sakausējumu, piemēram, kā "Nimonic" Apvienotajā Karalistē un "Nimonic" Amerikas Savienotajās Valstīs. "Mar-M" un "IN" utt.; niķeļa, volframa un citu elementu pievienošana sakausējumiem uz kobalta bāzes, lai izveidotu dažādus augstas temperatūras sakausējumus, piemēram, X-45, HA-188, FSX-414 utt. kobalta resursu trūkums, kobalta bāzes supersakausējumu izstrāde ir ierobežota.
1940. gados tika izstrādāti arī supersakausējumi uz dzelzs bāzes. 1950. gados parādījās tādas kategorijas kā A-286 un Incoloy901, taču sliktas augstas temperatūras stabilitātes dēļ attīstība bija lēna. Bijušajā Padomju Savienībā 1950. gadā sāka ražot "ЭИ" zīmola supersakausējumus uz niķeļa bāzes, vēlāk ražoja deformētu supersakausējumu sēriju "ЭП" un lieto supersakausējumu sēriju ЖС. 1970. gados Amerikas Savienotās Valstis arī ieviesa jaunu ražošanas procesu, lai ražotu virziena kristalizācijas lāpstiņas un pulvermetalurģijas turbīnu diskus, un izstrādāja augstas temperatūras sakausējuma komponentus, piemēram, monokristālu lāpstiņas, lai apmierinātu vajadzības pēc nepārtrauktas gaisa ieplūdes temperatūras paaugstināšanas. - dzinēju turbīnas.
Supersakausējumi ir izstrādāti, lai atbilstu ļoti prasīgajām reaktīvo dzinēju prasībām attiecībā uz materiāliem, un tie ir kļuvuši par neaizvietojamu galveno materiālu militāro un civilo gāzes turbīnu dzinēju karstā gala komponentiem. Uzlabotajos aviācijas dzinējos augstas temperatūras sakausējumu īpatsvars ir sasniedzis vairāk nekā 50 procentus.
Augstas temperatūras sakausējumu izstrāde ir cieši saistīta ar aviācijas dzinēju tehnoloģisko progresu, jo īpaši turbīnas disks, turbīnas lāpstiņu materiāls un dzinēja karsto daļu ražošanas process ir nozīmīgi dzinēja attīstības simboli. Tā kā materiāla augstās temperatūras izturībai un slodzes nestspējai ir izvirzītas augstās prasības, Apvienotajā Karalistē sākumā tika izstrādāts Ni3 (Al, Ti) stiprinātais Nimonic80 sakausējums, ko izmantoja kā materiālu turbīnas lāpstiņai. turboreaktīvo dzinēju. Turklāt Nimonic sērijas sakausējums tika nepārtraukti izstrādāts. Amerikas Savienotās Valstis ir izstrādājušas ar dispersiju stiprinātus niķeļa sakausējumus, kas satur alumīniju un titānu, piemēram, Inconel, Mar-M un Udmit sakausējumu sērijas, ko attiecīgi izstrādājuši slavenā Pratt & Whitney Company, GE Company un Special Metals Company.
bilde
Supersakausējumu izstrādes procesā liela nozīme sakausējumu attīstības veicināšanā ir ražošanas procesam. Sakarā ar vakuumkausēšanas tehnoloģiju parādīšanos, kaitīgo piemaisījumu un gāzu noņemšana sakausējumos, īpaši precīza sakausējuma sastāva kontrole, ir nepārtraukti uzlabojusi supersakausējumu veiktspēju. Jo īpaši veiksmīga jaunu tehnoloģiju, piemēram, virziena sacietēšana, monokristālu augšana, pulvermetalurģija, mehāniskā sakausēšana, keramikas serde, keramikas filtrēšana un izotermiskā kalšana, izpēte ir veicinājusi supersakausējumu strauju attīstību. Starp tiem visredzamākā ir virziena sacietēšanas tehnoloģija. Virziena un monokristālu sakausējuma, kas ražots virziena sacietēšanas procesā, darba temperatūra ir tuvu 90 procentiem no sākotnējās kušanas punkta. Tāpēc uzlabotas aviācijas dzinēju lāpstiņas visā pasaulē izmanto virziena, viena kristāla sakausējumus, lai ražotu turbīnu lāpstiņas. Raugoties no globālās perspektīvas, uz niķeļa bāzes izgatavoti lietie supersakausējumi ir veidojuši vienādsavienojumus kristālus, virziena sacietējušos kolonnu kristālus un monokristālu sakausējumu sistēmas. Pulverveida supersakausējumi ir izstrādāti arī no pirmās paaudzes 650 grādi līdz 750 grādu, 850 grādu pulvera turbīnu diskiem un divējādas veiktspējas pulvera diskiem šiem uzlabotajiem augstas veiktspējas dzinējiem.
4
keramikas matricas kompozītmateriāli
Kas ir keramikas matricas kompozīti? Tas ir kompozītmateriāla veids, kurā kā matrica tiek izmantota keramika un dažādas šķiedras. Keramikas matrica var būt augstas temperatūras strukturālā keramika, piemēram, silīcija nitrīds un silīcija karbīds. Šai uzlabotajai keramikai ir lieliskas īpašības, piemēram, izturība pret augstu temperatūru, augsta izturība un stingrība, salīdzinoši viegls svars un izturība pret koroziju. Liktenīgais vājums ir tas, ka tie ir trausli. Kad tie ir pakļauti stresam, tie saplaisās vai pat saplīsīs, izraisot materiāla bojājumus. Augstas stiprības, augstas elastības šķiedras un matricas kompozītmateriālu izmantošana ir efektīva metode, lai uzlabotu keramikas izturību un uzticamību. Šķiedras var novērst plaisu izplešanos, tādējādi iegūstot ar šķiedru pastiprinātus keramikas matricas kompozītmateriālus ar izcilu izturību.
bilde
Keramikas matricas kompozītmateriāli ir izmantoti kā šķidro raķešu dzinēju sprauslas, raķešu antenas, kosmosa atspoles priekšgala konusi, lidmašīnu bremžu diski un augstākās klases automašīnu bremžu diski utt., kļūstot par svarīgu jauno augsto tehnoloģiju materiālu nozari.
Tā kā keramikas materiāliem ir lieliska nodilumizturība, augsta cietība un laba izturība pret koroziju, tie ir plaši izmantoti. Tomēr lielākais keramikas trūkums ir tas, ka tā ir trausla un jutīga pret plaisām un porām. Kopš 1980. gadiem keramikas matricas kompozītmateriāli, kas iegūti, pievienojot keramikas materiāliem daļiņas, ūsas un šķiedras, ir ievērojami uzlabojuši keramikas izturību.
Keramikas matricas kompozītmateriāliem ir augsta izturība, augsts modulis, zems blīvums, augsta temperatūras izturība, nodilumizturība un izturība pret koroziju, kā arī laba stingrība, un tie ir izmantoti ātrgaitas griezējinstrumentos un iekšdedzes dzinēja komponentos. Tomēr šāda veida materiālu izstrāde ir salīdzinoši vēla, un tā potenciāls vēl ir jāattīsta. Pētījumu mērķis ir to pielietot augstas temperatūras materiāliem un nodilumizturīgiem un pret koroziju izturīgiem materiāliem, piemēram, uzlabotām turbīnām lieljaudas iekšdedzes dzinējiem, termiskiem komponentiem kosmosa transportlīdzekļiem un transportlīdzekļu dzinējiem, nevis metāliem, naftas ķīmijas konteineriem. , atkritumu sadedzināšanas iekārtas utt.
Runājot par keramiku, cilvēki, protams, domā par tās trauslumu. Pirms vairāk nekā desmit gadiem, ja to izmantoja kā nesošo daļu inženierzinātņu jomā, nevienam to nebija iespējams pieņemt. Līdz šim, kad runa ir par keramikas kompozītmateriāliem, daži cilvēki var nebūt skaidrībā, domājot, ka keramika un metāli sākotnēji ir divi nebūtiski materiāli. Taču, kopš cilvēki gudri apvienoja keramiku un metālus, cilvēku priekšstats par šo materiālu ir piedzīvojis būtiskas izmaiņas, kas ir keramikas matricas kompozītmateriāli.
Keramikas matricas kompozītmateriāls ir ļoti daudzsološs jauns strukturālais materiāls aviācijas nozarē, īpaši aviācijas dzinēju ražošanā, tas arvien vairāk parāda savu unikalitāti. Papildus vieglā svara un augstas cietības priekšrocībām keramikas matricas kompozītmateriāliem ir arī lieliska augstas temperatūras izturība un augsta temperatūras izturība pret koroziju. Pašlaik keramikas matricas kompozītmateriāli ir pārspējuši metāla karstumizturīgus materiālus augstas temperatūras izturības ziņā, un tiem ir labas mehāniskās īpašības un ķīmiskā stabilitāte. Tie ir ideāli un lieliski materiāli augstas veiktspējas turbīnu dzinēju augstas temperatūras zonām.
bilde
Valstis visā pasaulē koncentrējas uz silīcija nitrīda un silīcija karbīda pastiprinātas keramikas pētījumiem, lai apmierinātu nākamās paaudzes uzlaboto dzinēju materiālu prasības.
materiāliem, un tas ir guvis lielus panākumus, it īpaši modernajos aviācijas dzinējos. Piemēram, amerikāņu verifikācijas iekārtas F120 dzinējs, tā augstspiediena turbīnas blīvēšanas ierīce un dažas sadegšanas kameras augstas temperatūras daļas ir izgatavotas no keramikas materiāliem. Piemēram, franču M88-2 dzinēja sadegšanas kamerā un sprauslā tiek izmantoti arī keramikas matricas kompozītmateriāli.
5
Jauni intermetālisko savienojumu materiāli
Kas ir intermetāliskie savienojumi? Metālu un metālu savienojumi vai metāli un metaloīdi (piemēram, H, B, N, S, P, C, Si utt.). Abu metālu atomi tiek apvienoti noteiktā proporcijā, veidojot sakausējuma sastāvu, kas atšķiras no sākotnējiem diviem kristāla režģiem. Intermetāliskie savienojumi ir jauni materiālu veidi, kuriem ir pievērsta plaša uzmanība.
bilde
Faktiski augstas veiktspējas, augstas vilces un svara attiecības aerodzinēju izstrāde ir veicinājusi intermetālisku savienojumu izstrādi un pielietojumu. Intermetāliskie savienojumi parasti ir savienojumi, kas sastāv no bināriem, trīskāršiem vai daudzelementu metāla elementiem. Intermetāliskajiem savienojumiem ir liels potenciāls augstas temperatūras strukturālos lietojumos. Tam ir augsta ekspluatācijas temperatūra, īpatnējā izturība, siltumvadītspēja, un īpaši augstā temperatūrā tai ir arī laba oksidācijas izturība, izturība pret koroziju un augsta šļūdes izturība. . Turklāt, tā kā intermetāliskais savienojums ir jauns materiāls starp supersakausējumu un keramikas materiālu, tas aizpilda plaisu starp abiem materiāliem, tāpēc tas kļūst par vienu no ideāliem materiāliem aviācijas dzinēju augstas temperatūras komponentiem.
Globālajā aviācijas dzinēju struktūrā pētniecība un attīstība galvenokārt ir vērsta uz intermetāliskiem savienojumiem, piemēram, titāna-alumīniju un niķeļa-alumīniju. Šiem titāna alumīnija savienojumiem būtībā ir tāds pats blīvums kā titānam, taču tiem ir augstāka darba temperatūra. Piemēram, TiAl darba temperatūra ir attiecīgi 816 grādi un 982 grādi. Intermetāliskajam savienojumam ir spēcīga saite starp atomiem un sarežģīta kristāla struktūra, kas apgrūtina tā deformāciju, turklāt istabas temperatūrā tas ir ciets un trausls. Pēc gadiem ilgiem eksperimentāliem pētījumiem ir veiksmīgi izstrādāts jauna veida sakausējums ar augstu temperatūras izturību, plastiskumu un stingrību istabas temperatūrā, un tas ir uzstādīts un izmantots, un efekts ir ļoti labs. Piemēram, ASV augstas veiktspējas F119 dzinēja korpusā un turbīnu diskos izmanto intermetāliskus savienojumus, bet verifikācijas iekārtas F120 dzinēja kompresora lāpstiņas un diski izmanto jaunus titāna-alumīnija intermetāliskus savienojumus.
6
sveķu matricas kompozīti
Kas ir sveķu matricas kompozīti? Tas ir ar šķiedru pastiprināts materiāls, kura pamatā ir organisks polimērs, parasti izmantojot šķiedru pastiprinājumus, piemēram, stikla šķiedru, oglekļa šķiedru, bazalta šķiedru vai aramīda šķiedru. Uz sveķiem balstītus kompozītmateriālus plaši izmanto aviācijas, automobiļu un jūras rūpniecībā.
bilde
Kompozītmateriālu sveķu matrica galvenokārt ir termoreaktīvie sveķi. Jau 20. gadsimta 40. gados ar stiklšķiedru pastiprinātu plastmasu izmantoja kā kaujas lidmašīnu un bumbvedēju aptecējus. 1960. gados ASV izmantoja ar bora šķiedru pastiprinātus epoksīda sveķus kā stūres, horizontālos stabilizatorus, spārnu aizmugurējās malas, stūres durvis utt. militārajās lidmašīnās, piemēram, F-4 un F-111. Runājot par raķešu ražošanu, pagājušā gadsimta piecdesmito gadu beigās ASV vidēja darbības rādiusa zemūdens raķetes Polaris A-2 otrās pakāpes cieto raķešu dzinēja korpusā tika izmantotas stikla šķiedras pastiprinātas epoksīdsveķu tinumu daļas, kas ir labākas. nekā tērauda korpusi. par 27 procentiem vieglāks; vēlāk, lai izgatavotu "Polaris A{10}}", parastās stikla šķiedras vietā tika izmantota augstas veiktspējas stikla šķiedra, kas padarīja korpusa svaru par 50 procentiem vieglāku nekā tērauda korpusa svars, tāpēc "Polaris A{{" 12}}" raķete tika mainīta no 2700 tūkstošiem metru palielināta līdz 4500 km. Septiņdesmitajos gados epoksīdsveķu stiprināšanai stikla šķiedras vietā tika izmantota aramīda šķiedra, un stiprība tika ievērojami uzlabota, vienlaikus samazinot svaru. Ar oglekļa šķiedru pastiprinātus epoksīda sveķu kompozītmateriālus plaši izmanto lidmašīnās, raķetēs, satelītos un citās konstrukcijās.
Pētījumi par sveķu bāzes kompozītmateriālu pielietojumu aviācijas turboventilatoru dzinējos sākās 1950. gados. Pēc vairāk nekā 60 gadu ilgas izstrādes GE, PW, RR, MTU, SNECMA un citi uzņēmumi ir ieguldījuši daudz enerģijas uz sveķiem balstītu kompozītmateriālu izpētē un izstrādē, un ir panākts liels progress, un tā inženierija ir ir piemērota aktīvajiem aviācijas turboventilatora dzinējiem, un ir tendence to vēl vairāk paplašināt.
Sveķu matricas kompozītmateriālu ekspluatācijas temperatūra parasti nepārsniedz 350 grādus. Tāpēc sveķu matricas kompozītmateriālus galvenokārt izmanto aviācijas dzinēju aukstajā galā.
7
metāla matricu kompozītmateriāli
Kas ir metāla matricas kompozīti? Tas ir kompozītmateriāls, kas mākslīgi apvienots ar metālu un tā sakausējumu kā matricu un vienu vai vairākiem metāla vai nemetāla stiegrojumiem. Lielākā daļa tā pastiprinošo materiālu ir neorganiski nemetāli, piemēram, keramika, ogleklis, grafīts un bors utt., un var izmantot arī metāla stieples. Kopā ar polimēru matricas kompozītmateriāliem, keramikas matricas kompozītmateriāliem un oglekļa/oglekļa kompozītmateriāliem tas veido modernu kompozītmateriālu sistēmu.
bilde
Metāla matricas kompozītmateriālu īpašības: mehānikas ziņā tiem ir augsta šķērsvirziena un bīdes izturība, labas visaptverošas mehāniskās īpašības, piemēram, izturība un nogurums, kā arī siltumvadītspēja, elektrovadītspēja, nodilumizturība, mazs siltuma izplešanās koeficients, laba slāpēšana. , nav mitruma absorbcijas un izturības pret koroziju. Priekšrocības, piemēram, novecošanās un piesārņojuma neesamība. Piemēram, ar oglekļa šķiedru pastiprinātu alumīnija kompozītmateriālu īpatnējā izturība ir 3 ~ 4 × 107 mm, un īpašais modulis ir 6 ~ 8 × 109 mm. Piemēram, ar grafīta šķiedru pastiprināta magnija īpatnējais modulis var sasniegt 1,5 × 1010 mm, un tā termiskās izplešanās koeficients ir gandrīz nulle.
Ir vērts pieminēt, ka, salīdzinot ar kompozītmateriāliem uz sveķu bāzes, metāla kompozītmateriāliem ir laba izturība, tie neuzsūc mitrumu un var izturēt salīdzinoši augstu temperatūru. Metāla matricas kompozītmateriālu pastiprinošās šķiedras ietver metāla šķiedras, piemēram, nerūsējošā tērauda, volframa, svina, niķeļa-alumīnija intermetāliskus savienojumus utt.; keramikas šķiedras, piemēram, alumīnija oksīds, silīcija oksīds, ogleklis, bors, silīcija karbīds utt.
Metāla matricas kompozītmateriālu matricas materiāli ir alumīnijs, alumīnija sakausējums, magnijs, zoda un zoda sakausējumi, karstumizturīgi sakausējumi, dimanta sakausējumi utt. Starp tiem pašlaik galvenās izvēles ir kompozītmateriāli uz alumīnija sakausējumiem, alumīnija sakausējumiem un dzelzs sakausējumiem. . Piemēram, ar SiC šķiedru pastiprinātu Chin sakausējuma matricu kompozītmateriālus var izmantot kompresora lāpstiņu izgatavošanai. Ar oglekļa šķiedru vai alumīnija oksīda šķiedru pastiprinātu magnija vai magnija sakausējuma matricu kompozītmateriālus var izmantot turboventilatoru lāpstiņu ražošanai. Vēl viens piemērs ir tāds, ka niķeļa-hroma-alumīnija-irīdija šķiedru pastiprinātus uz niķeļa bāzes sakausējuma matricas kompozītmateriālus var izmantot turbīnu un kompresoru blīvēšanas elementu ražošanai.
Turklāt ārzemēs no metāla matricas kompozītmateriāliem tiek izgatavoti ventilatora korpusi, rotori, kompresoru diski un citas detaļas. Bet viena no lielākajām problēmām ar šāda veida kompozītmateriālu ir tā, ka ir viegli reaģēt starp pastiprinošo šķiedru un matricas metālu, veidojot trauslu fāzi, kas pasliktina materiāla veiktspēju. Īpaši, ja to ilgstoši lieto augstākā temperatūrā, saskarnes reakcija ir pamanāmāka. Pašreizējais risinājums ir pievienot atbilstošus pārklājumus uz šķiedras virsmas un leģēt matricas metālu atbilstoši dažādām šķiedrām un dažādiem substrātiem, lai palēninātu saskarnes reakciju un saglabātu kompozītmateriāla veiktspējas uzticamību.
bilde
Materiāli, ko izmanto dzinēja ventilatora lāpstiņās
Dzinēja ventilatora lāpstiņa ir visreprezentatīvākā un ļoti svarīgākā turboventilatora dzinēja daļa, un turboventilatora dzinēja darbība ir cieši saistīta ar tā attīstību. Salīdzinot ar titāna sakausējuma ventilatora lāpstiņām, sveķu matricas kompozītmateriāla ventilatora lāpstiņām ir ļoti acīmredzama priekšrocība svara samazināšanā. Papildus acīmredzamajām svara samazināšanas priekšrocībām uz sveķu bāzes izgatavotajām kompozītmateriāla ventilatora lāpstiņām pēc trieciena ir mazāka ietekme uz ventilatora korpusu, tāpēc ir izdevīgi uzlabot ventilatora korpusa iznīcināšanu.
Galvenie kompozītmateriālu ventilatora lāpstiņu pārstāvji komerciālai lietošanai ārvalstīs ir: GE90 sērijas dzinēji B777, GEnx dzinēji B787 un LEAP-X dzinēji COMAC C919. Jau 1995. gadā GE90-94B dzinējs, kas aprīkots ar sveķu kompozītmateriāla ventilatora lāpstiņām, tika oficiāli nodots komerciālai ekspluatācijai, iezīmējot sveķu bāzes kompozītmateriālu inženierijas pielietojuma oficiālu realizāciju modernos augstas veiktspējas aerodzinējos. . Pamatojoties uz visaptverošu aerodinamikas, augsta un zema cikla noguruma ciklu un citu faktoru apsvērumiem, GE ir izstrādājis jaunu saliktu ventilatora lāpstiņu nākamajam GE{10}}B dzinējam.
21. gadsimtā lielais aviācijas dzinēju pieprasījums pēc kompozītmateriāliem, kas izturīgi pret bojājumiem, veicina kompozītmateriālu tehnoloģijas turpmāku attīstību, un ir grūti izpildīt prasības attiecībā uz materiāliem, kas izturīgi pret bojājumiem, nepārtraukti uzlabojot oglekļa šķiedras stingrību. /epoksīdsveķu sagataves. Tā rezultātā sāka parādīties 3D austas struktūras kompozītmateriālu ventilatora lāpstiņas.
Dzinēja ventilatora korpusā izmantotie materiāli
Dzinēja ventilatora korpuss ir lielākā stacionārā aviācijas dzinēja daļa, un tā svara samazināšana tieši ietekmēs vilces un svara attiecību un aerodinamiskā dzinēja efektivitāti. Tāpēc ārvalstu progresīvie aviācijas dzinēju oriģināliekārtu ražotāji vienmēr ir bijuši apņēmušies samazināt ventilatora korpusa svaru un optimizēt tā struktūru.
bilde
Materiāli, ko izmanto dzinēja ventilatora pārsegu izgatavošanai
Tā kā tā nav galvenā nesošā sastāvdaļa, ventilatora pārsegs ir viena no pirmajām aeronautikas dzinēja daļām, kas izgatavotas no kompozītmateriāliem. No kompozītmateriāliem izgatavotais ventilatora pārsegs var nodrošināt vieglāku svaru, vienkāršotu pretapledojuma struktūru, labāku izturību pret koroziju un labāku noguruma izturību. Piemēram, slavenā RR uzņēmuma dzinējs RB211, PW uzņēmuma PW1000G un PW4000 izmanto kompozītmateriālus uz sveķu bāzes, lai sagatavotu ventilatora vāciņus.
Salīdzinot ar lidmašīnu dzinēju lieldatoriem, uz sveķu bāzes izgatavotiem kompozītmateriāliem ir ļoti plaša pielietojuma telpa aviācijas dzinēju nacelēs. Globālie ražotāji ir plaši izmantojuši kompozītmateriālus uz sveķu bāzes gondolas ieplūdes atverēs, apvalkos, vilces reversos un trokšņu samazināšanas uzlikās. Materiāls. Runājot par citām detaļām, uz sveķu bāzes izgatavoti kompozītmateriāli dažādās pakāpēs tiek izmantoti arī aviācijas dzinēju ventilatora vadu plāksnēs, gultņu blīvējuma vākos un vāka plāksnēs.
