Luftfartsfremstilling er det mest koncentrerede højteknologiske område og hører til avanceret produktionsteknologi. For eksempel F119-motoren udviklet af Pratt & Whitney fra USA, F120-motoren fra General Electric Company, M88-2-motoren fra SNECMA Company i Frankrig og EJ200-motoren udviklet i fællesskab af Storbritannien, Tyskland , Italien og Spanien. Det er værd at nævne, at disse flymotorer, der repræsenterer verdens mest avancerede niveau, har et fælles træk ved at bruge nye materialer, nye processer og nye teknologier. De syv nye anvendte materialer introduceres henholdsvis som følger:
1
Kulstof/Carbon komposit
Hvad er kulstof/kulstof-kompositter? Det er et kulstofmatrix kompositmateriale forstærket af kulfiber og dets stof, med lav densitet (<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.
Selvom kulstof/kulstof-kompositter har mange fremragende højtemperaturegenskaber, gennemgår de oxidationsreaktioner i et aerobt miljø med en temperatur højere end 400 grader, hvilket resulterer i et kraftigt fald i materialets egenskaber. Derfor skal anvendelsen af kulstof/kulstof-kompositter i højtemperatur aerobe miljøer have oxidationsbeskyttelsesforanstaltninger. Oxidationsbeskyttelsen af carbon/carbon-kompositter er hovedsageligt gennem følgende to måder, det vil sige, at matrixmodifikationen og passiveringen af overfladeaktive punkter kan bruges til at beskytte carbon/carbon-kompositter ved lavere temperaturer; efterhånden som temperaturen stiger, skal belægningsmetoden bruges til at isolere kulstof/kulstof kompositmaterialet fra direkte kontakt med ilt, for at opnå formålet med oxidationsbeskyttelse. På nuværende tidspunkt er belægningsmetoden den mest anvendte metode. Med den kontinuerlige udvikling af videnskab og teknologi er der mere og mere afhængighed af kulstof/kulstofkompositmaterialers ultrahøje temperaturydelse, og den eneste mulige oxidationsbeskyttelsesløsning under ultrahøje temperaturforhold kan kun være belægningsbeskyttelse. .
Det er værd at nævne, at C/C-baserede kompositmaterialer er et nyt materiale med højere temperaturbestandighed, som har fået mest opmærksomhed i verden de seneste år. Fordi det kun er C/C-kompositmaterialer, der anses for at være de eneste efterfølgermaterialer til turbinerotorblade med et tryk-til-vægt-forhold på mere end 20 og en motorindløbstemperatur på 1930-2227 grader. Det højeste strategiske mål forfulgt af avancerede industrilande.
Det såkaldte C/C-baserede kompositmateriale er et kulfiberforstærket kulstofbasiskompositmateriale, som kombinerer kulstoffets ildfaste egenskaber med kulfiberens høje styrke og høje stivhed, hvilket gør det ikke-skørt. Fordi C/C-baserede kompositmaterialer har lav vægt, høj styrke, overlegen termisk stabilitet og fremragende varmeledningsevne, er de de mest ideelle højtemperaturbestandige materialer i dag, især i højtemperaturmiljøer på 1000-1300 grader C Ikke alene faldt styrken ikke, men den var i stand til at stige. Især når den er under 1650 grader, bevarer den stadig styrken og ynde ved stuetemperatur. Derfor har C/C-baserede kompositter et stort udviklingspotentiale inden for luftfartsfremstilling.
Det er værd at nævne, at et af hovedproblemerne ved C/C-baserede kompositmaterialer ved anvendelsen af flymotorer er dårlig oxidationsmodstand. Derfor, i de seneste år, har USA vedtaget en række teknologiske foranstaltninger til at løse dette problem, og gradvist Anvendt til den nye motor. For eksempel er haledysen på efterbrænderen på den amerikanske F119-motor, dysen og forbrændingskammerdysen på F100-motoren og nogle dele af forbrændingskammeret på F120-verifikationsmaskinen lavet af C/C-baserede kompositmaterialer. Et andet eksempel er den franske M88-2-motor, og efterbrænderens brændstofindsprøjtningsstang, varmeskjold og dyse på Mirage 2000-motoren bruger også C/C-baserede kompositmaterialer.
2
Nyt materiale af ultrahøjstyrkestål
Hvad er Ultra High Strength Steel? I midten af-1940erne udviklede USA Cr-Mo-stål (AISI4130) og Cr-Ni-Mo-stål (AISI 4340). Efter bratkøling og anløbning ved lav temperatur var trækstyrkerne henholdsvis 170 og 190 kgf/mm2. I begyndelsen af 1950'erne blev Si og V tilføjet til AISI 4340 stål for at lave 300M med en trækstyrke på 190~210kgf/mm2. I 1960 fremstillede International Nickel Company maraging stål med en trækstyrke på omkring 180 kgf/mm2, brudsejhed op til 390 kgf/mm. I 1970'erne reducerede USA C og øgede Si på basis af 300M, forbedrede sejheden og udviklede sig til HP310 stål; på basis af maraldrende stål udviklede det sig til AF1410 stål med en trækstyrke på 170 kgf/mm2 og en brudsejhed på 400 kgf/mm2 mm.
billede
Det er værd at bemærke, at ultrahøjstyrkestål skal have høj trækstyrke og opretholde tilstrækkelig sejhed. Det kræver også en stor specifik styrke (forhold mellem styrke og tæthed) og et højt udbytteforhold (σs/σb) for at reducere vægten af komponenten og skal have god svejsbarhed og formbarhed og andre procesegenskaber. Ultra-højstyrkestål stiller meget høje krav til metallurgisk kvalitet og smeltes ofte ved elektrisk lysbueovn og elektroslaggeomsmeltning. Ståltyper, der kræver høj renhed, smeltes for det meste i vakuuminduktionsovne eller elektriske lysbueovne, der kan forbruges i vakuum. Mellem- og lavlegerede ultrahøjstyrkestål bør forhindres i at afkulle under varmebehandling; maraldrende stål og nedbørshærdende rustfrit stål kan fast-opløsningsbehandles i almindelige varmeovne. Til svejsning skal der anvendes beskyttelsesgassvejsning eller argon wolframbuesvejsning. Nogle lavlegerede ultrahøjstyrkestål med højt kulstofindhold (ca. 0,4 procent ) bør spændingsudglødet umiddelbart efter svejsning.
Det er værd at nævne, at ultra-højstyrke stål bruges som materiale til landingsudstyr på fly. For eksempel er landingsstellet, der bruges i andengenerationsflyet, lavet af 30CrMnSiNi2A stål med en trækstyrke på 1700MPa. Denne form for landingsstel har en kort levetid på omkring 2000 flyvetimer.
Et andet eksempel er, at designet af tredjegenerationsjagerflyet kræver, at landingsstellets levetid overstiger 5,000 flyvetimer. Samtidig falder flystrukturens vægtkoefficient på grund af stigningen i luftbårent udstyr, og der stilles højere krav til valg af landingsudstyrsmaterialer og produktionsteknologi. Både USA og vores tredje generations jagerfly bruger 300M stål (trækstyrke 1950MPa) produktionsteknologi til landingsstel.
Faktisk fremmer forbedringen af materialepåføringsteknologien yderligere forlængelse af landingsstellets levetid og udvidelsen af tilpasningsevnen. For eksempel anvender landingsstellet på det europæiske Airbus A380-fly super-stor integreret smedningsteknologi, ny atmosfærebeskyttelses-varmebehandlingsteknologi og højhastigheds-flammesprøjteteknologi, så landingsstellets levetid kan opfylde designkravene. Derfor sikrede indførelsen af nye materialer og fremstillingsteknikker udskiftningen af fly.
billede
Som vi alle ved, stiller det langtidsholdbare design af fly i et korrosionsbestandigt miljø højere krav til materialer. For eksempel har AerMet100 stål det samme styrkeniveau som 300M stål, men dets generelle korrosionsbestandighed og spændingskorrosionsbestandighed er væsentligt bedre end 300M stål. Den matchende landingsstels-fremstillingsteknologi er blevet anvendt på avancerede fly som F/A-18E/F, F-22 og F-35. Højere styrke Aermet310 stål har lavere brudsejhed og bliver løbende udviklet og forbedret. Revnevæksthastigheden af det skadetolerante ultra-højstyrke stål AF1410 er ekstremt langsom, som kan bruges som leddet til aktuatoren på vingen på B-1-flyet, som er 10,6 procent lettere end Ti -6Al-4V, med en stigning på 60 procent i behandlingsydelse og en reduktion på 30,3 procent i omkostninger. For eksempel er mængden af højstyrke rustfrit stål, der bruges i russiske Smig-1.42, så høj som 30 procent. PH13-8Mo er det eneste højstyrke martensitiske nedbørshærdende rustfrit stål, der i vid udstrækning anvendes som korrosionsbestandige komponenter. Ultra-højstyrke gear (leje) stål er også blevet udviklet internationalt, såsom CSS-42L, Gearmet C69 osv., og er blevet brugt i motorer, helikoptere og rumfart.
3
Højtemperatur legeringsmateriale
Hvad er superlegeringsmaterialer? Højtemperaturlegeringer er faktisk opdelt i tre typer materialer: 760 graders højtemperaturmaterialer, 1200 graders højtemperaturmaterialer og 1500 graders højtemperaturmaterialer, med en trækstyrke på 800MPa. Med andre ord, det refererer til højtemperatur metalmaterialer, der arbejder i lang tid under 760-1500 grader og visse stressforhold. Dets vigtige egenskaber: det har fremragende højtemperaturstyrke, god oxidationsbestandighed og termisk korrosionsbestandighed, god træthedsydelse, brudsejhed og andre omfattende egenskaber og er blevet et uerstatteligt nøglemateriale til de varme endedele af gasturbinemotorer til militære og civile bruge verden over.
760 graders højtemperaturmaterialer Siden slutningen af 1930'erne begyndte Storbritannien, Tyskland, USA og andre lande at studere superlegeringer. Under Anden Verdenskrig gik forskningen og brugen af superlegeringer ind i en periode med hurtig udvikling for at imødekomme behovene for nye flymotorer. I begyndelsen af 1940'erne tilføjede Storbritannien først en lille mængde aluminium og titanium til 80Ni-20Cr-legeringen for at danne en '-fase (gamma prime) til forstærkning, og udviklede den første nikkel-baserede legering med høj høj -temperaturstyrke. I løbet af denne periode, for at imødekomme behovene for udviklingen af turboladere til stempelflymotorer, begyndte USA at bruge Vitallium kobolt-baserede legeringer til at lave vinger.
billede
Det er værd at nævne, at USA også har udviklet Inconel nikkel-baserede legeringer til at lave forbrændingskamre til jetmotorer. Senere, for yderligere at forbedre højtemperaturstyrken af legeringen, tilføjede metallurger elementer som wolfram, molybdæn og kobolt til den nikkelbaserede legering for at øge indholdet af aluminium og titanium, og udviklede en række legeringer, f.eks. som "Nimonic" i Storbritannien og "Nimonic" i USA. "Mar-M" og "IN" osv.; tilsætning af nikkel, wolfram og andre grundstoffer til de koboltbaserede legeringer for at udvikle en række forskellige højtemperaturlegeringer, såsom X-45, HA-188, FSX-414 osv. Pga. manglen på koboltressourcer er udviklingen af koboltbaserede superlegeringer begrænset.
I 1940'erne blev der også udviklet jernbaserede superlegeringer. I 1950'erne dukkede kvaliteter som A-286 og Incoloy901 op, men på grund af dårlig høj temperaturstabilitet gik udviklingen langsomt. Det tidligere Sovjetunionen begyndte at producere nikkel-baserede superlegeringer af mærket "ЭИ" i 1950 og producerede senere "ЭП"-serien af deforme superlegeringer og ЖС-serien af støbte superlegeringer. I 1970'erne vedtog USA også en ny produktionsproces til fremstilling af retningsbestemte krystallisationsblade og pulvermetallurgi-turbineskiver og udviklede højtemperaturlegeringskomponenter såsom enkeltkrystalvinger for at imødekomme behovene for den kontinuerlige stigning i luftindløbstemperaturen. -motor turbiner.
Superlegeringer er udviklet til at imødekomme de meget krævende krav fra jetmotorer til materialer og er blevet et uerstatteligt nøglemateriale til militære og civile gasturbinemotorers hot-end komponenter. I avancerede flymotorer er andelen af højtemperaturlegeringer nået op på mere end 50 procent.
Udviklingen af højtemperaturlegeringer er tæt forbundet med flymotorernes teknologiske fremskridt, især turbineskiven, turbinebladsmaterialet og fremstillingsprocessen for motorens hot-end dele er vigtige symboler for motorudvikling. På grund af de høje krav til materialets høje temperaturbestandighed og spændingsbærende kapacitet blev den Ni3 (Al, Ti) forstærkede Nimonic80-legering udviklet i de tidlige dage i Storbritannien, som blev brugt som materiale til turbinevingen på turbojet motor. Derudover blev Nimonic-seriens legering løbende udviklet. USA har udviklet dispersionsforstærkede nikkel-baserede legeringer indeholdende aluminium og titanium, såsom Inconel, Mar-M og Udmit legeringsserierne udviklet af henholdsvis det berømte Pratt & Whitney Company, GE Company og Special Metals Company.
billede
I udviklingsprocessen af superlegeringer spiller fremstillingsprocessen en stor rolle i at fremme udviklingen af legeringer. På grund af fremkomsten af vakuumsmelteteknologi har fjernelse af skadelige urenheder og gasser i legeringer, især den præcise kontrol af legeringssammensætning, løbende forbedret ydeevnen af superlegeringer. Især den succesrige forskning af nye teknologier såsom retningsbestemt størkning, enkeltkrystalvækst, pulvermetallurgi, mekanisk legering, keramisk kerne, keramisk filtrering og isotermisk smedning har fremmet den hurtige udvikling af superlegeringer. Blandt dem er den retningsbestemte størkningsteknologi den mest fremtrædende. Den retningsbestemte og enkeltkrystallegering fremstillet ved den retningsbestemte størkningsproces har en driftstemperatur tæt på 90 procent af det oprindelige smeltepunkt. Derfor bruger avancerede aero-motorvinger rundt om i verden retningsbestemte enkeltkrystallegeringer til fremstilling af turbinevinger. Fra et globalt perspektiv har nikkelbaserede støbte superlegeringer dannet ligeaksede krystaller, retningsbestemt størknede søjlekrystaller og enkeltkrystallegeringssystemer. Pulver-superlegeringer er også blevet udviklet fra den første generation af 650 grader til 750 grader, 850 graders pulverturbineskiver og dual-performance pulverskiver til disse avancerede højtydende motorer.
4
keramiske matrix kompositter
Hvad er keramiske matrixkompositter? Det er en type kompositmateriale, der bruger keramik som matrix og forskellige fibre. Den keramiske matrix kan være højtemperatur-strukturkeramik, såsom siliciumnitrid og siliciumcarbid. Disse avancerede keramik har fremragende egenskaber såsom høj temperaturbestandighed, høj styrke og stivhed, relativt let vægt og korrosionsbestandighed. Den fatale svaghed er, at de er skøre. Når de er under stress, vil de revne eller endda gå i stykker for at forårsage materialefejl. Brugen af højstyrke, højelastisk fiber og matrixkomposit er en effektiv metode til at forbedre sejheden og pålideligheden af keramik. Fibre kan forhindre revner i at udvide sig og dermed opnå fiberforstærkede keramiske matrixkompositter med fremragende sejhed.
billede
Keramiske matrix-kompositter er blevet brugt som flydende raketmotordyser, missil-radomer, rumfærger-næsekegler, flybremseskiver og high-end bilbremseskiver osv., og er blevet en vigtig gren af nye højteknologiske materialer.
Fordi keramiske materialer har fremragende slidstyrke, høj hårdhed og god korrosionsbestandighed, er de blevet brugt meget. Den største ulempe ved keramik er dog, at de er skøre og følsomme over for revner og porer. Siden 1980'erne har keramiske matrixkompositter opnået ved at tilføje partikler, whiskers og fibre til keramiske materialer i høj grad forbedret sejheden af keramik.
Keramiske matrixkompositter har høj styrke, højt modul, lav densitet, høj temperaturbestandighed, slidstyrke og korrosionsbestandighed og god sejhed og er blevet brugt i højhastigheds skæreværktøjer og komponenter til forbrændingsmotorer. Udviklingen af denne type materiale er dog relativt sent, og dens potentiale mangler endnu at blive videreudviklet. Forskningens fokus er at anvende det på materialer med høj temperatur og slidbestandige og korrosionsbestandige materialer, såsom forbedrede turbiner til højeffekts forbrændingsmotorer, termiske komponenter til rumfartskøretøjer og køretøjsmotorer i stedet for metaller, petrokemiske beholdere , affaldsforbrændingsudstyr mv.
Når det kommer til keramik, tænker folk naturligvis på dets skørhed. For mere end ti år siden, hvis det blev brugt som en bærende del i ingeniørområdet, var det umuligt for nogen at acceptere det. Indtil nu, når det kommer til keramiske kompositmaterialer, er nogle mennesker måske ikke klare, idet de tænker, at keramik og metaller oprindeligt er to irrelevante materialer. Men siden folk på en smart måde kombinerede keramik og metaller, har folks koncept for dette materiale undergået en fundamental ændring, som er keramiske matrixkompositter.
Keramisk matrix kompositmateriale er et meget lovende nyt strukturelt materiale inden for luftfartsindustrien, især i anvendelsen af flymotorfremstilling, det viser i stigende grad sin unikke karakter. Ud over fordelene ved let vægt og høj hårdhed har keramiske matrixkompositter også fremragende højtemperaturbestandighed og højtemperaturkorrosionsbestandighed. På nuværende tidspunkt har keramiske matrixkompositter overgået metal varmebestandige materialer med hensyn til høj temperaturbestandighed og har gode mekaniske egenskaber og kemisk stabilitet. De er ideelle og fremragende materialer til områder med høje temperaturer i højtydende turbinemotorer.
billede
Lande rundt om i verden fokuserer på forskning i siliciumnitrid og siliciumcarbidforstærket keramik for at opfylde materialekravene til den næste generation af avancerede motorer
materialer, og har gjort store fremskridt, især inden for moderne flymotorer. For eksempel er F120-motoren i den amerikanske verifikationsmaskine, dens højtryksturbinetætningsanordning og nogle højtemperaturdele af forbrændingskammeret alle lavet af keramiske materialer. For et andet eksempel bruger forbrændingskammeret og dysen på den franske M88-2-motor også keramiske matrixkompositter.
5
Nye materialer af intermetalliske forbindelser
Hvad er intermetalliske forbindelser? Forbindelser af metaller og metaller eller metaller og metalloider (såsom H, B, N, S, P, C, Si osv.). Atomerne af de to metaller kombineres i et vist forhold for at danne en legeringssammensætning, der er forskellig fra de originale to krystalgitre. Intermetalliske forbindelser er nye typer materialer, der har fået stor opmærksomhed.
billede
Faktisk har udviklingen af højtydende aeromotorer med højt trækkraft-til-vægtforhold fremmet udviklingen og anvendelsen af intermetalliske forbindelser. Intermetalliske forbindelser er generelt forbindelser sammensat af binære, ternære eller multi-element metalelementer. Intermetalliske forbindelser har et stort potentiale i højtemperatur strukturelle applikationer. Den har høj servicetemperatur, specifik styrke, termisk ledningsevne, og især ved høj temperatur har den også god oxidationsmodstand, korrosionsbestandighed og høj krybestyrke. . Derudover, fordi den intermetalliske forbindelse er et nyt materiale mellem superlegeringen og det keramiske materiale, udfylder det hullet mellem de to materialer, så det bliver et af de ideelle materialer til højtemperaturkomponenter i flymotorer.
I den globale flymotorstruktur er forskning og udvikling hovedsageligt fokuseret på intermetalliske forbindelser såsom titanium-aluminium og nikkel-aluminium. Disse titanium aluminiumforbindelser har stort set samme densitet som titanium, men har en højere driftstemperatur. For eksempel er driftstemperaturerne for TiAl henholdsvis 816 grader og 982 grader. Den intermetalliske forbindelse har en stærk binding mellem atomer og en kompleks krystalstruktur, som gør den svær at deformere, og den er hård og skør ved stuetemperatur. Efter flere års eksperimentel forskning er en ny type legering med høj temperaturstyrke, stuetemperatur plasticitet og sejhed blevet udviklet med succes, og den er blevet installeret og brugt, og effekten er meget god. For eksempel bruger den højtydende F119-motor i USA intermetalliske forbindelser i foringsrøret og turbineskiverne, og kompressorbladene og -skiverne på verifikationsmaskinens F120-motor bruger nye titanium-aluminium intermetalliske forbindelser.
6
harpiks matrix kompositter
Hvad er harpiksmatrixkompositter? Det er et fiberforstærket materiale baseret på en organisk polymer, som normalt bruger fiberforstærkninger som glasfiber, kulfiber, basaltfiber eller aramidfiber. Harpiksbaserede kompositmaterialer er meget udbredt i luftfarts-, bil- og marineindustrien.
billede
Harpiksmatrixen af kompositmaterialer er hovedsagelig termohærdende harpiks. Allerede i 1940'erne blev glasfiberarmeret plast brugt som radomer på kampfly og bombefly. I 1960'erne brugte USA borfiberforstærket epoxyharpiks som ror, vandrette stabilisatorer, vingebagkanter, rordøre osv. på militærfly såsom F-4 og F-111. Med hensyn til missilfremstilling brugte i slutningen af 1950'erne kabinettet til anden-trins solid raketmotor af det amerikanske mellemdistance-ubådsmissil "Polaris A-2" glasfiberforstærkede epoxyharpiksviklingsdele, som er bedre end stålhuse. 27 procent lettere; senere blev højtydende glasfiber brugt i stedet for almindelig glasfiber til at fremstille "Polaris A-3", hvilket gjorde skallens vægt 50 procent lettere end stålskallens, så rækken af "Polaris A{{ 12}}" missil blev ændret fra 2700 tusind meter øget til 4500 km. I 1970'erne brugte man aramidfiber i stedet for glasfiber til at forstærke epoxyharpiks, og styrken blev kraftigt forbedret, samtidig med at vægten blev reduceret. Kulfiberforstærkede epoxyharpikskompositter er meget udbredt i fly, missiler, satellitter og andre strukturer.
Forskningen i anvendelsen af harpiksbaserede kompositmaterialer i luftturbofanmotorer begyndte i 1950'erne. Efter mere end 60 års udvikling har GE, PW, RR, MTU, SNECMA og andre virksomheder investeret en masse energi i forskning og udvikling af harpiksbaserede kompositmaterialer og opnået. Der er gjort store fremskridt, og dets konstruktion har blevet anvendt på aktive luftturbofanmotorer, og der er en tendens til yderligere at udvide dets anvendelse.
Driftstemperaturen for harpiksmatrixkompositter overstiger generelt ikke 350 grader. Derfor bruges harpiksmatrixkompositter hovedsageligt i den kolde ende af flymotorer.
7
metal matrix kompositter
Hvad er metalmatrixkompositter? Det er et kompositmateriale, der er kunstigt kombineret med metal og dets legering som matrix og en eller flere metal- eller ikke-metalforstærkninger. De fleste af dets forstærkningsmaterialer er uorganiske ikke-metaller, såsom keramik, kulstof, grafit og bor osv., og metaltråde kan også bruges. Sammen med polymermatrixkompositter, keramiske matrixkompositter og carbon/carbon-kompositter danner det et moderne kompositsystem.
billede
Egenskaberne ved metalmatrix-kompositmaterialer: med hensyn til mekanik har de høj tvær- og forskydningsstyrke, gode omfattende mekaniske egenskaber såsom sejhed og træthed og har også termisk ledningsevne, elektrisk ledningsevne, slidstyrke, lille termisk udvidelseskoefficient, god dæmpning , ingen fugtabsorption og ingen korrosionsbestandighed. Fordele såsom aldring og ingen forurening. For eksempel er den specifikke styrke af kulfiberforstærkede aluminium-kompositmaterialer 3 ~ 4 × 107 mm, og det specifikke modul er 6 ~ 8 × 109 mm. For eksempel kan det specifikke modul af grafitfiberforstærket magnesium nå 1,5 × 1010 mm, og dets termiske udvidelseskoefficient er næsten nul.
Det er værd at nævne, at sammenlignet med harpiksbaserede kompositmaterialer har metalbaserede kompositmaterialer god sejhed, absorberer ikke fugt og kan modstå relativt høje temperaturer. Forstærkningsfibrene af metalmatrix-kompositter indbefatter metalfibre, såsom rustfrit stål, wolfram, bly, nikkel-aluminium intermetalliske forbindelser, etc.; keramiske fibre, såsom aluminiumoxid, siliciumoxid, kulstof, bor, siliciumcarbid osv.
Matrixmaterialerne i metalmatrixkompositter omfatter aluminium, aluminiumlegeringer, magnesium, hage- og hagelegeringer, varmebestandige legeringer, diamantlegeringer osv. Blandt dem er kompositmaterialer baseret på aluminiumlegeringer, aluminiumslegeringer og jernlegeringer de vigtigste valg i øjeblikket . For eksempel kan SiC-fiberforstærkede hagelegeringsmatrixkompositter bruges til at fremstille kompressorblade. Kulfiber- eller aluminiumoxidfiberforstærkede magnesium- eller magnesiumlegeringsmatrixkompositter kan bruges til fremstilling af turbofanblade. Et andet eksempel er, at nikkel-chrom-aluminium-iridium fiber-forstærkede nikkel-baserede legering matrix kompositter kan bruges til at fremstille tætningselementer til turbiner og kompressorer.
Derudover er ventilatorhuse, rotorer, kompressorskiver og andre dele alle lavet af metalmatrix-kompositter i udlandet. Men et af de største problemer med denne slags kompositmateriale er, at det er let at reagere mellem forstærkningsfiberen og matrixmetallet for at producere en sprød fase, som forringer materialets ydeevne. Især når det bruges i lang tid ved en højere temperatur, er reaktionen af grænsefladen mere fremtrædende. Den nuværende løsning er at tilføje passende belægninger på fiberoverfladen og legere matrixmetallet i overensstemmelse med forskellige fibre og forskellige substrater for at sænke grænsefladereaktionen og opretholde pålideligheden af kompositmaterialets ydeevne.
billede
Materialer, der anvendes i motorens blæserblade
Motorens blæserblad er den mest repræsentative og meget vigtige del af turbofanmotoren, og turbofanmotorens ydeevne er tæt forbundet med dens udvikling. Sammenlignet med blæserblade i titaniumlegering har blæserblade i resin matrix kompositmateriale en meget åbenlys fordel i vægtreduktion. Ud over de åbenlyse fordele ved vægtreduktion har de harpiksbaserede kompositventilatorblade mindre indflydelse på ventilatorhuset efter stød, så det er en fordel at forbedre indeslutningen af ventilatorhuset.
De vigtigste repræsentanter for kompositventilatorblade til kommerciel anvendelse i udlandet er: GE90-seriens motorer til B777, GEnx-motorer til B787 og LEAP-X-motorer til COMAC C919. Så tidligt som i 1995 blev GE90-94B-motoren udstyret med blæserblade af harpiksbaseret kompositmateriale officielt sat i kommerciel drift, hvilket markerede den officielle realisering af den tekniske anvendelse af harpiksbaserede kompositmaterialer i moderne højtydende flymotorer . På grundlag af omfattende overvejelser om aerodynamik, høj- og lavcyklustræthedscyklusser og andre faktorer har GE udviklet en ny kompositventilator til den efterfølgende GE90-115B-motor.
I det 21. århundrede driver den stærke efterspørgsel fra flymotorer efter højskadetolerante kompositmaterialer den videre udvikling af kompositmaterialeteknologi, og det er vanskeligt at opfylde kravene til højskadetolerante materialer ved løbende at forbedre sejheden af kulfiber. /epoxyharpiks prepregs. Som et resultat begyndte 3D-vævet struktur komposit blæserblade at dukke op.
Materialer, der anvendes i motorens ventilatorhus
Motorens blæserhus er den største stationære del af en flymotor, og dens vægtreduktion vil direkte påvirke tryk-til-vægt-forholdet og effektiviteten af en flymotor. Derfor har udenlandske avancerede aero-motor OEM'er altid været forpligtet til vægtreduktion og strukturel optimering af ventilatorhuset.
billede
Materialer, der anvendes til motorventilatorkapper
Fordi det er en ikke-hovedlastbærende komponent, er ventilatorhætten en af de første dele lavet af kompositmaterialer på en flymotor. Ventilatorkappen lavet af kompositmaterialer kan give lettere vægt, forenklet anti-isningsstruktur, bedre korrosionsbestandighed og bedre træthedsbestandighed. Såsom den berømte RR-virksomheds RB211-motor, PW-virksomhedens PW1000G og PW4000 bruger harpiksbaserede kompositmaterialer til at forberede ventilatorhætter.
Sammenlignet med hovedramme til flymotorer har harpiksbaserede kompositmaterialer et meget bredt anvendelsesområde i naceller til flymotorer. Globale producenter har brugt harpiksbaserede kompositmaterialer i stor skala i nacelleindløb, strømkåber, trykvendere og støjreducerende foringer. Materiale. Med hensyn til andre dele anvendes harpiksbaserede kompositmaterialer også i varierende grad i flymotorventilatorløbeplader, lejetætningsdæksler og dækplader.
