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粉末冶金材料特殊,航空領域潛力巨大!

2022-10-27 11:30:46

粉末冶金材料特殊,航空領域潛力巨大!

目前商用飛機引擎的重量一般在2000kg到8500kg不等,其中粉末冶金材料占了發(fā)動機重量的85%至95%。由于金屬其獨特的屬性組合,包括高強度、高韌性,在熱機循環(huán)過程中和在發(fā)動機運行過程中遇到的嚴重的氧化性和腐蝕性環(huán)境時,表現(xiàn)出的高耐降解性與良好的表面穩(wěn)定性使之一直占據(jù)著主導地位。

粉末冶金材料特殊,飛機引擎方面起作用巨大!

熱力學循環(huán)決定的氣體的溫度和壓力,因此與發(fā)動機相關的每一部分都要找到合適的材料——從前端風扇一直到壓縮機、燃燒器和渦輪機。

對于風扇,優(yōu)先選擇具有高韌性的低密度材料來作為槳葉,鈦合金和聚合物基體復合材料以及些鋁復合材料頗受青睞,有較大生產(chǎn)力。氣流通過壓縮機后溫度上升到700癈,這部分包括鈦合金的葉片和圓盤。

在燃燒器部分,高溫鎳基和鈷基合金(具有中等強度,易于加工)已成為該結構主要材料。燃燒過后,氣體溫度在1400℃到1500℃的范圍內,隨著它們進入到高壓渦輪中,旋轉渦輪葉片由此承受發(fā)動機中Z為劇烈的應力、溫度的組合考驗。


粉末冶金


其中渦輪葉片是Z特別的氣動熱組件,其薄壁且多層的結構驅動著復雜的內部冷卻體系。目前,渦輪葉片主要是通過在單晶鎳基超耐高溫合金基板上,先涂一種抗氧化金屬間的粘結涂層,隨后以多孔、低電導率的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯面漆作為熱障制成。

葉片連接到渦輪機圓盤上,該圓盤由鎳基合金的多晶形式構成。圓盤作為發(fā)動機中Z安全且關鍵部件之一,往往是由粉末冶金和超塑性鍛造成形,Z大限度地提高強度和抗疲勞性能。

通過渦輪的熱氣體提取,氣體溫度再次下降到低于800℃的中等水平。渦輪后段的旋轉和靜止部件主要是以多晶鑄造的鎳基高溫合金為主。而對于發(fā)動機軸,它必須具有很高的強度和抗疲勞性能,通常是由高強度鋼或鎳基高溫合金組成。


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