Luftfartsproduksjon er det mest konsentrerte feltet innen høyteknologi og tilhører avansert produksjonsteknologi. For eksempel F119-motoren utviklet av Pratt & Whitney i USA, F120-motoren til General Electric Company, M88-2-motoren til SNECMA Company of France, og EJ200-motoren utviklet i fellesskap av Storbritannia, Tyskland , Italia og Spania. Det er verdt å nevne at disse flymotorene som representerer verdens mest avanserte nivå har et fellestrekk ved bruk av nye materialer, nye prosesser og ny teknologi. De syv nye materialene som brukes, introduseres henholdsvis som følger:
1
Karbon/karbonkompositt
Hva er karbon/karbon-kompositter? Det er et karbonmatrise-komposittmateriale forsterket av karbonfiber og dets stoff, med lav tetthet (<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.
Selv om karbon/karbon-kompositter har mange utmerkede høytemperaturegenskaper, gjennomgår de oksidasjonsreaksjoner i et aerobt miljø med en temperatur høyere enn 400 grader, noe som resulterer i en kraftig nedgang i materialets egenskaper. Derfor må bruk av karbon/karbon-kompositter i høytemperatur aerobe miljøer ha oksidasjonsbeskyttelsestiltak. Oksydasjonsbeskyttelsen av karbon/karbon-kompositter er hovedsakelig gjennom følgende to måter, det vil si at matrisemodifikasjonen og passiveringen av overflateaktive punkter kan brukes til å beskytte karbon/karbon-kompositter ved lavere temperaturer; når temperaturen øker, må beleggmetoden brukes til å isolere karbon/karbon-komposittmaterialet fra direkte kontakt med oksygen, for å oppnå formålet med oksidasjonsbeskyttelse. For tiden er belegningsmetoden den mest brukte metoden. Med den kontinuerlige utviklingen av vitenskap og teknologi blir det mer og mer avhengig av ytelsen til karbon/karbon-komposittmaterialer med ultrahøy temperatur, og den eneste mulige oksidasjonsbeskyttelsesløsningen under forhold med ultrahøye temperaturer kan bare være beleggbeskyttelse. .
Det er verdt å nevne at C/C-baserte komposittmaterialer er et nytt materiale med høyere temperaturbestandighet som har fått mest oppmerksomhet i verden de siste årene. Fordi bare C/C-komposittmaterialer anses å være de eneste etterfølgende materialene for turbinrotorblader med et skyvekraft-til-vekt-forhold på mer enn 20 og en motorinnløpstemperatur på 1930-2227 grader. Det høyeste strategiske målet forfulgt av avanserte industriland.
Det såkalte C/C-baserte komposittmaterialet er et karbonfiberforsterket karbonbasiskomposittmateriale, som kombinerer de ildfaste egenskapene til karbon med den høye styrken og høye stivheten til karbonfiber, noe som gjør den ikke sprø. Fordi C/C-baserte komposittmaterialer har lav vekt, høy styrke, overlegen termisk stabilitet og utmerket varmeledningsevne, er de de mest ideelle høytemperaturbestandige materialene i dag, spesielt i høytemperaturmiljøer på 1000-1300 grader C Ikke bare avtok ikke styrken, men den var i stand til å øke. Spesielt når den er under 1650 grader, opprettholder den fortsatt styrken og nåden ved romtemperatur. Derfor har C/C-baserte kompositter et stort utviklingspotensial innen romfartsproduksjon.
Det er verdt å nevne at et av hovedproblemene til C/C-baserte komposittmaterialer ved bruk av flymotorer er dårlig oksidasjonsmotstand. Derfor, de siste årene, har USA tatt i bruk en rekke teknologiske tiltak for å løse dette problemet, og gradvis brukt på den nye motoren. For eksempel er haledysen til etterbrenneren på den amerikanske F119-motoren, munnstykket og forbrenningskammermunnstykket til F100-motoren og noen deler av forbrenningskammeret til F120-verifiseringsmaskinen laget av C/C-baserte komposittmaterialer. Et annet eksempel er den franske M88-2-motoren, og etterbrennerens drivstoffinnsprøytingsstav, varmeskjoldet og munnstykket til Mirage 2000-motoren bruker også C/C-baserte komposittmaterialer.
2
Nytt materiale av ultra-høyfast stål
Hva er Ultra High Strength Steel? I midten av-1940 utviklet USA Cr-Mo-stål (AISI4130) og Cr-Ni-Mo-stål (AISI 4340). Etter bråkjøling og lavtemperaturtempering var strekkfasthetene henholdsvis 170 og 190 kgf/mm2. På begynnelsen av 1950-tallet ble Si og V lagt til AISI 4340 stål for å lage 300M med en strekkstyrke på 190~210kgf/mm2. I 1960 laget International Nickel Company maraging stål med en strekkstyrke på ca. 180 kgf/mm2, bruddseighet opp til 390 kgf/mm. På 1970-tallet reduserte USA C og økte Si på grunnlag av 300M, forbedret seighet og utviklet seg til HP310 stål; på basis av maraging stål utviklet det seg til AF1410 stål, med en strekkfasthet på 170kgf/mm2 og en bruddseighet på 400kgf/mm2 mm.
bilde
Det er verdt å merke seg at ultra-høyfast stål må ha høy strekkfasthet og opprettholde tilstrekkelig seighet. Det krever også en stor spesifikk styrke (forhold mellom styrke og tetthet) og et høyt flyteforhold (σs/σb) for å redusere vekten av komponenten, og må ha god sveisbarhet og formbarhet og andre prosessegenskaper. Ultra-høyfast stål har svært høye krav til metallurgisk kvalitet, og smeltes ofte ved elektrisk lysbueovn og elektroslaggomsmelting. Ståltyper som krever høy renhet smeltes for det meste i vakuuminduksjonsovner eller elektriske lysbueovner som kan forbrukes i vakuum. Mellom- og lavlegerte ultra-høystyrke stål bør forhindres fra avkarbonisering under varmebehandling; maraldrende stål og nedbørsherdende rustfrie stål kan fastløsningsbehandles i vanlige varmeovner. Ved sveising skal det benyttes beskyttelsesgasssveising eller argon wolframbuesveising. Noen lavlegerte ultrahøystyrkestål med høyt karboninnhold (ca. 0,4 prosent ) bør avlastes og glødes umiddelbart etter sveising.
Det er verdt å nevne at ultrahøyfast stål brukes som materiale for landingsutstyr på fly. For eksempel er landingsutstyret som brukes i andregenerasjonsflyet laget av 30CrMnSiNi2A stål med en strekkfasthet på 1700MPa. Denne typen landingsutstyr har en kort levetid på ca. 2000 flytimer.
Et annet eksempel er at utformingen av tredjegenerasjons jagerfly krever at landingsutstyrets levetid overstiger 5,000 flytimer. Samtidig, på grunn av økningen i luftbårent utstyr, synker vektkoeffisienten til flystrukturen, og det stilles høyere krav til valg av landingsutstyrsmaterialer og produksjonsteknologi. Både USA og tredjegenerasjons jagerfly bruker 300M stål (strekkstyrke 1950MPa) produksjonsteknologi for landingsutstyr.
Faktisk fremmer forbedringen av materialpåføringsteknologi ytterligere forlengelse av landingsutstyrets levetid og utvidelse av tilpasningsevnen. For eksempel bruker landingsutstyret til det europeiske Airbus A380-flyet super-stor integrert smiingsteknologi, ny atmosfærebeskyttelsesteknologi for varmebehandling og høyhastighets flammesprøyteteknologi, slik at landingsutstyrets levetid kan oppfylle designkravene. Derfor sikret introduksjonen av nye materialer og produksjonsteknikker utskifting av fly.
bilde
Som vi alle vet, stiller den lange levetiden til fly i et korrosjonsbestandig miljø høyere krav til materialer. For eksempel har AerMet100 stål samme styrkenivå som 300M stål, men dets generelle korrosjonsmotstand og spenningskorrosjonsmotstand er betydelig bedre enn 300M stål. Den matchende produksjonsteknologien for landingsutstyr har blitt brukt på avanserte fly som F/A-18E/F, F-22 og F-35. Aermet310 stål med høyere styrke har lavere bruddseighet og utvikles og forbedres kontinuerlig. Sprekkveksthastigheten til det skadetolerante ultrahøystyrkestålet AF1410 er ekstremt langsom, som kan brukes som leddet til aktuatoren til vingen til B-1-flyet, som er 10,6 prosent lettere enn Ti -6Al-4V, med 60 prosent økning i prosessytelse og 30,3 prosent kostnadsreduksjon . For eksempel er mengden høyfast rustfritt stål som brukes i russiske Smig-1.42 så høy som 30 prosent . PH13-8Mo er det eneste høyfaste, martensittiske nedbørherdende rustfrie stålet som er mye brukt som korrosjonsbestandige komponenter. Ultra-høystyrke gir (lager) stål er også utviklet internasjonalt, slik som CSS-42L, Gearmet C69 osv., og har blitt brukt i motorer, helikoptre og romfart.
3
Høytemperatur legeringsmateriale
Hva er superlegeringsmaterialer? Høytemperaturlegeringer er faktisk delt inn i tre typer materialer: 760 graders høytemperaturmaterialer, 1200 graders høytemperaturmaterialer og 1500 graders høytemperaturmaterialer, med en strekkfasthet på 800MPa. Med andre ord, det refererer til metallmaterialer med høy temperatur som fungerer i lang tid under 760-1500 grader og visse stressforhold. Dens viktige egenskaper: den har utmerket høytemperaturstyrke, god oksidasjonsmotstand og termisk korrosjonsmotstand, god utmattingsytelse, bruddseighet og andre omfattende egenskaper, og har blitt et uerstattelig nøkkelmateriale for de varme delene av gassturbinmotorer for militære og sivile. bruk over hele verden.
760 graders høytemperaturmaterialer Siden slutten av 1930-tallet begynte Storbritannia, Tyskland, USA og andre land å studere superlegeringer. Under andre verdenskrig, for å møte behovene til nye flymotorer, gikk forskningen og bruken av superlegeringer inn i en periode med rask utvikling. På begynnelsen av 1940-tallet la Storbritannia først en liten mengde aluminium og titan til 80Ni-20Cr-legeringen for å danne en 'fase (gamma prime) for styrking, og utviklet den første nikkelbaserte legeringen med høy høy -temperaturstyrke. I løpet av denne perioden, for å møte behovene til utviklingen av turboladere for stempelflymotorer, begynte USA å bruke Vitallium-koboltbaserte legeringer for å lage blader.
bilde
Det er verdt å nevne at USA også har utviklet Inconel nikkelbaserte legeringer for å lage forbrenningskamre for jetmotorer. Senere, for å forbedre høytemperaturstyrken til legeringen ytterligere, la metallurger elementer som wolfram, molybden og kobolt til den nikkelbaserte legeringen for å øke innholdet av aluminium og titan, og utviklet en serie legeringer, som f.eks. som "Nimonic" i Storbritannia, og "Nimonic" i USA. "Mar-M" og "IN" osv.; tilsetning av nikkel, wolfram og andre elementer til de koboltbaserte legeringene for å utvikle en rekke høytemperaturlegeringer, som X-45, HA-188, FSX-414 osv. Pga. mangelen på koboltressurser er utviklingen av koboltbaserte superlegeringer begrenset.
På 1940-tallet ble det også utviklet jernbaserte superlegeringer. På 1950-tallet dukket det opp karakterer som A-286 og Incoloy901, men på grunn av dårlig høytemperaturstabilitet gikk utviklingen sakte. Det tidligere Sovjetunionen begynte å produsere "ЭИ"-merke nikkelbaserte superlegeringer i 1950, og produserte senere "ЭП"-serien med deformerte superlegeringer og ЖС-serien av støpte superlegeringer. På 1970-tallet tok USA også i bruk en ny produksjonsprosess for å produsere retningsbestemte krystalliseringsblader og pulvermetallurgi-turbinskiver, og utviklet høytemperaturlegeringskomponenter som enkeltkrystallblader for å møte behovene til den kontinuerlige økningen i innløpstemperaturen til aero. -motorturbiner.
Superlegeringer er utviklet for å møte de svært krevende kravene til jetmotorer på materialer, og har blitt et uerstattelig nøkkelmateriale for militære og sivile gassturbinmotorers varmekomponenter. I avanserte flymotorer har andelen høytemperaturlegeringer nådd mer enn 50 prosent.
Utviklingen av høytemperaturlegeringer er nært knyttet til den teknologiske fremskrittet til flymotorer, spesielt turbinskiven, turbinbladmaterialet og produksjonsprosessen til de varme delene av motoren er viktige symboler for motorutvikling. På grunn av de høye kravene til materialets høye temperaturmotstand og spenningsbærende kapasitet, ble den Ni3 (Al, Ti) forsterkede Nimonic80-legeringen utviklet i de tidlige dagene i Storbritannia, som ble brukt som materiale for turbinbladet til turbojet motor. I tillegg ble legeringen i Nimonic-serien kontinuerlig utviklet. USA har utviklet dispersjonsforsterkede nikkelbaserte legeringer som inneholder aluminium og titan, slik som Inconel, Mar-M og Udmit legeringsseriene utviklet av henholdsvis det berømte Pratt & Whitney Company, GE Company og Special Metals Company.
bilde
I utviklingsprosessen av superlegeringer spiller produksjonsprosessen en stor rolle i å fremme utviklingen av legeringer. På grunn av fremveksten av vakuumsmelteteknologi har fjerning av skadelige urenheter og gasser i legeringer, spesielt den nøyaktige kontrollen av legeringssammensetningen, kontinuerlig forbedret ytelsen til superlegeringer. Spesielt den vellykkede forskningen av nye teknologier som retningsbestemt størkning, enkeltkrystallvekst, pulvermetallurgi, mekanisk legering, keramisk kjerne, keramisk filtrering og isotermisk smiing har fremmet den raske utviklingen av superlegeringer. Blant dem er retningsbestemt størkningsteknologi den mest fremtredende. Den retningsbestemte og enkrystalllegeringen produsert ved den retningsbestemte størkningsprosessen har en driftstemperatur nær 90 prosent av det opprinnelige smeltepunktet. Derfor bruker avanserte aero-motorblader rundt om i verden retningsbestemte enkrystalllegeringer for å produsere turbinblader. Fra et globalt perspektiv har nikkelbaserte støpte superlegeringer dannet likeaksede krystaller, retningsstørknede søylekrystaller og enkeltkrystalllegeringssystemer. Pulver-superlegeringer har også blitt utviklet fra den første generasjonen av 650 grader til 750 grader, 850 graders pulverturbinskiver og dual-ytelses pulverskiver for de avanserte høyytelsesmotorene.
4
keramiske matrisekompositter
Hva er keramiske matrisekompositter? Det er en type komposittmateriale som bruker keramikk som matrise og ulike fibre. Den keramiske matrisen kan være høytemperatur-strukturkeramikk som silisiumnitrid og silisiumkarbid. Disse avanserte keramikkene har utmerkede egenskaper som høy temperaturbestandighet, høy styrke og stivhet, relativt lav vekt og korrosjonsbestandighet. Den fatale svakheten er at de er sprø. Når de er under stress, vil de sprekke eller til og med gå i stykker for å forårsake materialfeil. Bruken av høystyrke, høyelastisk fiber og matrisekompositt er en effektiv metode for å forbedre seigheten og påliteligheten til keramikk. Fibre kan hindre sprekker i å utvide seg, og dermed oppnå fiberforsterkede keramiske matrisekompositter med utmerket seighet.
bilde
Keramiske matrise-kompositter har blitt brukt som flytende rakettmotordyser, missil-radomer, romfergenesekjegler, flybremseskiver og high-end bilbremseskiver, etc., og har blitt en viktig gren av nye høyteknologiske materialer.
Fordi keramiske materialer har utmerket slitestyrke, høy hardhet og god korrosjonsbestandighet, har de blitt mye brukt. Den største ulempen med keramikk er imidlertid at de er sprø og følsomme for sprekker og porer. Siden 1980-tallet har keramiske matrisekompositter oppnådd ved å legge partikler, værhår og fibre til keramiske materialer betydelig forbedret seigheten til keramikk.
Keramiske matrisekompositter har høy styrke, høy modul, lav tetthet, høy temperaturbestandighet, slitestyrke og korrosjonsmotstand, og god seighet, og har blitt brukt i høyhastighets skjæreverktøy og komponenter i forbrenningsmotorer. Utviklingen av denne typen materiale er imidlertid relativt sent, og potensialet har ennå ikke blitt videreutviklet. Forskningsfokuset er å bruke det på materialer med høy temperatur og slitesterke og korrosjonsbestandige materialer, for eksempel forbedrede turbiner for høyeffekts forbrenningsmotorer, termiske komponenter for romfartskjøretøyer og kjøretøymotorer i stedet for metaller, petrokjemiske beholdere , avfallsforbrenningsutstyr mv.
Når det kommer til keramikk, tenker folk naturlig nok på dens sprøhet. For mer enn ti år siden, hvis den ble brukt som en bærende del i ingeniørfeltet, var det umulig for noen å akseptere det. Inntil nå, når det gjelder keramiske komposittmaterialer, er det kanskje noen som ikke er klare, og tenker at keramikk og metaller opprinnelig er to irrelevante materialer. Men siden folk kombinerte keramikk og metaller smart, har folks konsept for dette materialet gjennomgått en grunnleggende endring, som er keramiske matrisekompositter.
Keramisk matrisekomposittmateriale er et veldig lovende nytt strukturelt materiale innen luftfartsindustrien, spesielt når det gjelder produksjon av flymotorer, viser det i økende grad sin egenart. I tillegg til fordelene med lett vekt og høy hardhet, har keramiske matrisekompositter også utmerket høytemperaturbestandighet og høytemperaturkorrosjonsbestandighet. For tiden har keramiske matrisekompositter overgått metall varmebestandige materialer når det gjelder høy temperaturbestandighet, og har gode mekaniske egenskaper og kjemisk stabilitet. De er ideelle og utmerkede materialer for områder med høy temperatur i høyytelses turbinmotorer.
bilde
Land rundt om i verden fokuserer på forskning på silisiumnitrid og silisiumkarbidforsterket keramikk for å møte materialkravene til neste generasjon avanserte motorer
materialer, og har gjort store fremskritt, spesielt i moderne flymotorer. For eksempel er F120-motoren til den amerikanske verifiseringsmaskinen, dens høytrykksturbintetningsanordning og noen høytemperaturdeler av forbrenningskammeret alle laget av keramiske materialer. For et annet eksempel bruker forbrenningskammeret og munnstykket til den franske M88-2-motoren også keramiske matrisekompositter.
5
Nye materialer av intermetalliske forbindelser
Hva er intermetalliske forbindelser? Forbindelser av metaller og metaller eller metaller og metalloider (som H, B, N, S, P, C, Si, etc.). Atomene til de to metallene kombineres i en viss andel for å danne en legeringssammensetning som er forskjellig fra de originale to krystallgittrene. Intermetalliske forbindelser er nye typer materialer som har fått stor oppmerksomhet.
bilde
Faktisk har utviklingen av flymotorer med høy ytelse og høyt skyvekraft-til-vekt-forhold fremmet utviklingen og anvendelsen av intermetalliske forbindelser. Intermetalliske forbindelser er generelt forbindelser sammensatt av binære, ternære eller multi-element metallelementer. Intermetalliske forbindelser har et stort potensial i høytemperaturstrukturelle applikasjoner. Den har høy driftstemperatur, spesifikk styrke, termisk ledningsevne, og spesielt ved høy temperatur har den også god oksidasjonsmotstand, korrosjonsbestandighet og høy krypestyrke. . I tillegg, fordi den intermetalliske forbindelsen er et nytt materiale mellom superlegeringen og det keramiske materialet, fyller det gapet mellom de to materialene, så det blir et av de ideelle materialene for høytemperaturkomponenter i flymotorer.
I den globale flymotorstrukturen er forskning og utvikling hovedsakelig fokusert på intermetalliske forbindelser som titan-aluminium og nikkel-aluminium. Disse titanaluminiumforbindelsene har i utgangspunktet samme tetthet som titan, men har høyere brukstemperatur. For eksempel er driftstemperaturene til TiAl henholdsvis 816 grader og 982 grader. Den intermetalliske forbindelsen har en sterk binding mellom atomer og en kompleks krystallstruktur, som gjør den vanskelig å deformere, og den er hard og sprø ved romtemperatur. Etter år med eksperimentell forskning har en ny type legering med høy temperaturstyrke, romtemperatur plastisitet og seighet blitt utviklet, og den er installert og brukt, og effekten er veldig god. For eksempel bruker den høyytelses F119-motoren i USA intermetalliske forbindelser i foringsrøret og turbinskivene, og kompressorbladene og skivene til verifiseringsmaskinen F120-motoren bruker nye titan-aluminium intermetalliske forbindelser.
6
harpiksmatrise kompositter
Hva er harpiksmatrisekompositter? Det er et fiberforsterket materiale basert på en organisk polymer, vanligvis ved bruk av fiberforsterkninger som glassfiber, karbonfiber, basaltfiber eller aramidfiber. Harpiksbaserte komposittmaterialer er mye brukt i luftfart, bil og marin industri.
bilde
Harpiksmatrisen til komposittmaterialer er hovedsakelig termoherdende harpiks. Allerede på 1940-tallet ble glassfiberarmert plast brukt som radomer på jagerfly og bombefly. På 1960-tallet brukte USA borfiberforsterket epoksyharpiks som ror, horisontale stabilisatorer, vinge bakkanter, rordører osv. på militærfly som F-4 og F-111. Når det gjelder missilproduksjon, brukte huset til andre-trinns solid rakettmotor til det amerikanske mellomdistanse ubåtmissilet "Polaris A-2" glassfiberforsterkede epoksyharpiks-viklingsdeler, som er bedre enn stålhylser. 27 prosent lettere; senere ble høyytelses glassfiber brukt i stedet for vanlig glassfiber for å lage "Polaris A-3", noe som gjorde skallvekten 50 prosent lettere enn stålskall, slik at rekkevidden til "Polaris A{{ 12}}" missil ble endret fra 2700 tusen meter økt til 4500 km. På 1970-tallet ble aramidfiber brukt i stedet for glassfiber for å forsterke epoksyharpiks, og styrken ble kraftig forbedret, samtidig som vekten ble redusert. Karbonfiberforsterkede epoksyharpikskompositter er mye brukt i fly, missiler, satellitter og andre strukturer.
Forskningen på bruk av harpiksbaserte komposittmaterialer i luftfartsturbofanmotorer begynte på 1950-tallet. Etter mer enn 60 år med utvikling har GE, PW, RR, MTU, SNECMA og andre selskaper investert mye energi i forskning og utvikling av harpiksbaserte komposittmaterialer, og oppnådd Store fremskritt har blitt gjort, og ingeniørarbeidet har blitt brukt på aktive luftturbofanmotorer, og det er en tendens til å utvide bruken ytterligere.
Brukstemperaturen til harpiksmatrisekompositter overstiger vanligvis ikke 350 grader. Derfor brukes harpiksmatrisekompositter hovedsakelig i den kalde enden av flymotorer.
7
metallmatrise kompositter
Hva er metallmatrisekompositter? Det er et komposittmateriale som er kunstig kombinert med metall og dets legering som matrise og en eller flere metall- eller ikke-metallforsterkninger. De fleste av dens forsterkende materialer er uorganiske ikke-metaller, som keramikk, karbon, grafitt og bor, etc., og metalltråder kan også brukes. Sammen med polymermatrisekompositter, keramiske matrisekompositter og karbon/karbonkompositter danner det et moderne komposittsystem.
bilde
Egenskapene til metallmatrise komposittmaterialer: når det gjelder mekanikk, har de høy tverr- og skjærstyrke, gode omfattende mekaniske egenskaper som seighet og tretthet, og har også termisk ledningsevne, elektrisk ledningsevne, slitestyrke, liten termisk ekspansjonskoeffisient, god demping , ingen fuktighetsabsorpsjon og ingen korrosjonsbestandighet. Fordeler som aldring og ingen forurensning. For eksempel er den spesifikke styrken til karbonfiberforsterkede aluminiumskomposittmaterialer 3 ~ 4 × 107 mm, og den spesifikke modulen er 6 ~ 8 × 109 mm. For eksempel kan den spesifikke modulen til grafittfiberarmert magnesium nå 1,5 × 1010 mm, og dens termiske ekspansjonskoeffisient er nesten null.
Det er verdt å nevne at sammenlignet med harpiksbaserte komposittmaterialer har metallbaserte komposittmaterialer god seighet, absorberer ikke fuktighet og tåler relativt høye temperaturer. De forsterkende fibrene i metallmatrisekompositter inkluderer metallfibre, slik som rustfritt stål, wolfram, bly, nikkel-aluminium intermetalliske forbindelser, etc.; keramiske fibre, som alumina, silisiumoksid, karbon, bor, silisiumkarbid, etc.
Matrisematerialene til metallmatrisekompositter inkluderer aluminium, aluminiumslegeringer, magnesium, hake- og hakelegeringer, varmebestandige legeringer, diamantlegeringer osv. Blant dem er komposittmaterialer basert på aluminiumlegeringer, aluminiumslegeringer og jernlegeringer hovedvalgene for tiden. . For eksempel kan SiC-fiberforsterket matrisekompositt av hakelegering brukes til å lage kompressorblader. Karbonfiber- eller aluminiumoksydfiberforsterkede magnesium- eller magnesiumlegeringsmatrisekompositter kan brukes til å produsere turbofanblader. Et annet eksempel er at nikkel-krom-aluminium-iridiumfiberforsterkede nikkelbaserte legeringsmatrisekompositter kan brukes til å produsere tetningselementer for turbiner og kompressorer.
I tillegg er viftehus, rotorer, kompressorskiver og andre deler alle laget av metallmatrisekompositter i utlandet. Men et av de største problemene med denne typen komposittmateriale er at det er lett å reagere mellom armeringsfiberen og matrisemetallet for å produsere en sprø fase, som forringer ytelsen til materialet. Spesielt når den brukes i lang tid ved høyere temperatur, er reaksjonen til grensesnittet mer fremtredende. Den nåværende løsningen er å legge til passende belegg på fiberoverflaten og legere matrisemetallet i henhold til forskjellige fibre og forskjellige substrater, for å bremse grensesnittreaksjonen og opprettholde påliteligheten til komposittmaterialets ytelse.
bilde
Materialer som brukes i motorens vifteblader
Motorens vifteblad er den mest representative og svært viktige delen av turbofanmotoren, og ytelsen til turbofanmotoren er nært knyttet til utviklingen. Sammenlignet med vifteblader av titaniumlegering har vifteblader av harpiksmatrisekomposittmateriale en veldig åpenbar fordel i vektreduksjon. I tillegg til de åpenbare fordelene med vektreduksjon, har de harpiksbaserte komposittviftebladene mindre innvirkning på viftehuset etter støt, så det er fordelaktig å forbedre inneslutningen av viftehuset.
De viktigste representantene for komposittvifteblader for kommersiell bruk i utlandet er: GE90-seriens motorer for B777, GEnx-motorer for B787 og LEAP-X-motorer for COMAC C919. Så tidlig som i 1995 ble GE90-94B-motoren utstyrt med vifteblader av harpiksbasert komposittmateriale offisielt satt i kommersiell drift, noe som markerte den offisielle realiseringen av den tekniske anvendelsen av harpiksbaserte komposittmaterialer i moderne høyytelses flymotorer . På grunnlag av omfattende vurdering av aerodynamikk, høy- og lavsyklustretthetssykluser og andre faktorer, har GE utviklet et nytt komposittvifteblad for den påfølgende GE90-115B-motoren.
I det 21. århundre driver den sterke etterspørselen fra flymotorer etter høye skadetolerante komposittmaterialer den videre utviklingen av komposittmaterialteknologi, og det er vanskelig å møte kravene til høye skadetolerante materialer ved kontinuerlig å forbedre seigheten til karbonfiber. /epoksyharpiks prepregs. Som et resultat begynte 3D-vevd struktur komposittvifteblader å dukke opp.
Materialer brukt i motorviftehuset
Motorviftehuset er den største stasjonære delen av en flymotor, og vektreduksjonen vil direkte påvirke skyvekraft-til-vekt-forholdet og effektiviteten til en flymotor. Derfor har utenlandske avanserte aero-motor-OEM-er alltid vært forpliktet til vektreduksjon og strukturell optimalisering av viftehuset.
bilde
Materialer som brukes til motorviftedeksler
Fordi det er en ikke-hovedlastbærende komponent, er viftedekselet en av de første delene laget av komposittmaterialer på en flymotor. Viftedekselet laget av komposittmaterialer kan gi lettere vekt, forenklet anti-isingsstruktur, bedre korrosjonsbestandighet og bedre utmattelsesbestandighet. Slik som det berømte RR-selskapets RB211-motor, PW-selskapets PW1000G og PW4000 bruker harpiksbaserte komposittmaterialer for å forberede viftehetter.
Sammenlignet med hovedrammer for flymotorer har harpiksbaserte komposittmaterialer et veldig bredt bruksområde i naceller til flymotorer. Globale produsenter har brukt harpiksbaserte komposittmaterialer i stor skala i nacelleinnløp, kåper, skyvevendere og støyreduksjonsforinger. Materiale. Når det gjelder andre deler, påføres harpiksbaserte komposittmaterialer også i varierende grad i løpeplater for flymotorer, lagertetningsdeksler og dekkplater.
