Gweithgynhyrchu hedfan yw'r maes uwch-dechnoleg mwyaf dwys ac mae'n perthyn i dechnoleg gweithgynhyrchu uwch. Er enghraifft, yr injan F119 a ddatblygwyd gan Pratt & Whitney o'r Unol Daleithiau, injan F120 General Electric Company, injan M88-2 SNECMA Company of France, a'r injan EJ200 a ddatblygwyd ar y cyd gan y Deyrnas Unedig, yr Almaen , yr Eidal a Sbaen. Mae'n werth nodi bod gan yr awyrennau hyn sy'n cynrychioli lefel fwyaf datblygedig y byd nodwedd gyffredin o ddefnyddio deunyddiau newydd, prosesau newydd a thechnolegau newydd. Cyflwynir y saith deunydd newydd a ddefnyddir fel a ganlyn:
1
Cyfansawdd Carbon/Carbon
Beth yw cyfansoddion carbon/carbon? Mae'n ddeunydd cyfansawdd matrics carbon wedi'i atgyfnerthu gan ffibr carbon a'i ffabrig, gyda dwysedd isel (<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.
Er bod gan gyfansoddion carbon / carbon lawer o briodweddau tymheredd uchel rhagorol, maent yn cael adweithiau ocsideiddio mewn amgylchedd aerobig gyda thymheredd uwch na 400 gradd, gan arwain at ddirywiad sydyn ym nodweddion y deunydd. Felly, rhaid i gymhwyso cyfansoddion carbon / carbon mewn amgylcheddau aerobig tymheredd uchel fod â mesurau amddiffyn ocsideiddio. Mae amddiffyniad ocsidiad cyfansoddion carbon / carbon yn bennaf trwy'r ddwy ffordd ganlynol, hynny yw, gellir defnyddio'r addasiad matrics a goddefiad pwyntiau gweithredol arwyneb i amddiffyn cyfansoddion carbon / carbon ar dymheredd is; Wrth i'r tymheredd gynyddu, rhaid defnyddio'r dull cotio i ynysu'r deunydd cyfansawdd carbon / carbon rhag cyswllt uniongyrchol ag ocsigen, er mwyn cyflawni pwrpas amddiffyniad ocsideiddio. Ar hyn o bryd, y dull cotio yw'r dull a ddefnyddir fwyaf. Gyda datblygiad parhaus gwyddoniaeth a thechnoleg, mae mwy a mwy o ddibyniaeth ar berfformiad tymheredd uwch-uchel deunyddiau cyfansawdd carbon / carbon, a dim ond amddiffyn cotio yw'r unig ateb amddiffyn ocsideiddio dichonadwy o dan amodau tymheredd uwch-uchel. .
Mae'n werth nodi bod deunyddiau cyfansawdd C / C yn ddeunydd newydd gyda gwrthiant tymheredd uwch sydd wedi cael y sylw mwyaf yn y byd yn ystod y blynyddoedd diwethaf. Oherwydd mai dim ond deunyddiau cyfansawdd C/C a ystyrir fel yr unig ddeunyddiau olynol ar gyfer llafnau rotor tyrbin gyda chymhareb gwthiad-i-bwysau o fwy nag 20 a thymheredd mewnfa injan o 1930-2227 gradd . Y nod strategol uchaf a ddilynir gan wledydd diwydiannol uwch.
Mae'r deunydd cyfansawdd sy'n seiliedig ar C / C fel y'i gelwir yn ddeunydd cyfansawdd carbon sylfaenol wedi'i atgyfnerthu â ffibr carbon, sy'n cyfuno priodweddau gwrthsafol carbon â chryfder uchel ac anhyblygedd uchel ffibr carbon, gan ei wneud yn anhydrin. Oherwydd bod gan ddeunyddiau cyfansawdd C/C bwysau ysgafn, cryfder uchel, sefydlogrwydd thermol uwch a dargludedd thermol rhagorol, dyma'r deunyddiau gwrthsefyll tymheredd uchel mwyaf delfrydol heddiw, yn enwedig mewn amgylcheddau tymheredd uchel o 1000-1300 gradd C. Nid yn unig ni leihaodd y nerth, ond yr oedd yn gallu cynyddu. Yn enwedig pan fo'n is na 1650 gradd, mae'n dal i gynnal y cryfder a'r gras ar dymheredd yr ystafell. Felly, mae gan ddeunyddiau cyfansawdd C/C botensial datblygu mawr mewn gweithgynhyrchu awyrofod.
Mae'n werth nodi mai un o brif broblemau deunyddiau cyfansawdd C / C wrth gymhwyso peiriannau aero yw ymwrthedd ocsideiddio gwael. Felly, yn y blynyddoedd diwethaf, mae'r Unol Daleithiau wedi mabwysiadu cyfres o fesurau technolegol i ddatrys y broblem hon, ac yn raddol Wedi'i gymhwyso i'r injan newydd. Er enghraifft, mae ffroenell cynffon yr ôl-losgwr ar yr injan F119 Americanaidd, ffroenell a ffroenell siambr hylosgi yr injan F100, a rhai rhannau o siambr hylosgi'r peiriant gwirio F120 wedi'u gwneud o ddeunyddiau cyfansawdd C / C. Enghraifft arall yw'r injan Ffrengig M88-2, ac mae'r wialen chwistrellu tanwydd afterburner, y darian wres, a ffroenell injan Mirage 2000 hefyd yn defnyddio deunyddiau cyfansawdd C/C.
2
Deunydd newydd o ddur cryfder uwch-uchel
Beth yw Dur Cryfder Uchel Ultra? Yng nghanol{0}}au, datblygodd yr Unol Daleithiau dur Cr-Mo (AISI4130) a dur Cr-Ni-Mo (AISI 4340). Ar ôl diffodd a thymeru tymheredd isel, y cryfderau tynnol oedd 170 a 190kgf/mm2 yn y drefn honno. Yn gynnar yn y 1950au, ychwanegwyd Si a V at ddur AISI 4340 i wneud 300M gyda chryfder tynnol o 190 ~ 210kgf / mm2. Ym 1960, gwnaeth y Cwmni Nicel Rhyngwladol ddur maraging gyda chryfder tynnol o tua 180kgf/mm2, gwydnwch torri asgwrn hyd at 390kgf/mm. Yn y 1970au, gostyngodd yr Unol Daleithiau C a chynyddodd Si ar sail 300M, gwell caledwch, a datblygodd yn ddur HP310; ar sail morio dur, datblygodd yn ddur AF1410, gyda chryfder tynnol o 170kgf/mm2 a chaledwch torri asgwrn o 400kgf/mm2 mm.
llun
Mae'n werth nodi bod yn rhaid i ddur cryfder tra-uchel fod â chryfder tynnol uchel a chynnal digon o galedwch. Mae hefyd yn gofyn am gryfder penodol mawr (cymhareb cryfder i ddwysedd) a chymhareb cynnyrch uchel (σs/σb) i leihau pwysau'r gydran, a rhaid iddo feddu ar weldadwyedd a ffurfadwyedd da a phriodweddau prosesau eraill. Mae gan ddur cryfder uchel iawn ofynion uchel iawn o ran ansawdd metelegol, ac mae'n aml yn cael ei fwyndoddi gan ffwrnais arc trydan a remelting electroslag. Mae mathau dur sydd angen purdeb uchel yn cael eu mwyndoddi'n bennaf mewn ffwrneisi ymsefydlu gwactod neu ffwrneisi arc trydan traul gwactod. Dylid atal duroedd cryfder uwch-uchel aloi canolig ac isel rhag datgarbwreiddio yn ystod triniaeth wres; gellir trin duroedd maraging a dur gwrthstaen sy'n caledu dyddodiad mewn ffwrneisi gwresogi cyffredin. Rhaid defnyddio weldio nwy cysgodi neu weldio arc twngsten argon ar gyfer weldio. Dylid anelio rhai duroedd tra-chryfder uchel aloi isel gyda chynnwys carbon uchel (tua 0.4 y cant ) i leddfu straen yn syth ar ôl weldio.
Mae'n werth nodi bod dur tra-uchel yn cael ei ddefnyddio fel deunydd ar gyfer glanio offer ar awyrennau. Er enghraifft, mae'r offer glanio a ddefnyddir yn yr awyren ail genhedlaeth wedi'i wneud o ddur 30CrMnSiNi2A gyda chryfder tynnol o 1700MPa. Mae gan y math hwn o offer glanio fywyd gwasanaeth byr o tua 2000 o oriau hedfan.
Enghraifft arall yw bod dyluniad y jet ymladd trydydd cenhedlaeth yn ei gwneud yn ofynnol i fywyd y gêr glanio fod yn fwy na 5,000 oriau hedfan. Ar yr un pryd, oherwydd y cynnydd mewn offer yn yr awyr, mae cyfernod pwysau strwythur yr awyren yn lleihau, a gosodir gofynion uwch ar ddewis deunyddiau gêr glanio a thechnoleg gweithgynhyrchu. Mae'r UD a'n diffoddwyr trydydd cenhedlaeth yn defnyddio technoleg gweithgynhyrchu offer glanio dur 300M (cryfder tynnol 1950MPa).
Mewn gwirionedd, mae gwella technoleg cymhwyso deunydd yn hyrwyddo ymestyn bywyd y gêr glanio ymhellach ac ehangu addasrwydd. Er enghraifft, mae offer glanio'r awyren Airbus A380 Ewropeaidd yn mabwysiadu technoleg gofannu annatod super-fawr, technoleg trin gwres amddiffyn awyrgylch newydd a thechnoleg chwistrellu fflam cyflym, fel bod bywyd y gêr glanio yn gallu bodloni'r gofynion dylunio. Felly, sicrhaodd cyflwyno deunyddiau newydd a thechnegau gweithgynhyrchu ailosod awyrennau.
llun
Fel y gwyddom i gyd, mae dyluniad oes hir awyrennau mewn amgylchedd sy'n gwrthsefyll cyrydiad yn cyflwyno gofynion uwch ar gyfer deunyddiau. Er enghraifft, mae gan ddur AerMet100 yr un lefel cryfder â dur 300M, ond mae ei wrthwynebiad cyrydiad cyffredinol a'i ymwrthedd cyrydiad straen yn sylweddol well na dur 300M. Mae'r dechnoleg gweithgynhyrchu gêr glanio cyfatebol wedi'i chymhwyso i awyrennau datblygedig fel F/A-18E/F, F-22, ac F-35. Mae gan ddur Aermet310 cryfder uwch gryfder torri asgwrn is ac mae'n cael ei ddatblygu a'i wella'n barhaus. Mae cyfradd twf crac y dur cryfder uwch-uchel sy'n goddef difrod AF1410 yn hynod o araf, y gellir ei ddefnyddio fel cydiad actuator adain yr awyren B-1, sydd 10.6 y cant yn ysgafnach na Ti -6Al-4V, gyda chynnydd o 60 y cant mewn perfformiad prosesu a gostyngiad o 30.3 y cant mewn cost . Er enghraifft, mae maint y dur di-staen cryfder uchel a ddefnyddir yn Smig yn Rwsia-1.42 mor uchel â 30 y cant . PH13-8Mo yw'r unig ddur di-staen caledu martensitig cryfder uchel sy'n cael ei ddefnyddio'n helaeth fel cydrannau sy'n gwrthsefyll cyrydiad. Mae duroedd gêr (dwyn) cryfder uchel iawn hefyd wedi'u datblygu'n rhyngwladol, megis CSS-42L, Gearmet C69, ac ati, ac wedi'u defnyddio mewn peiriannau, hofrenyddion ac awyrofod.
3
Deunydd aloi tymheredd uchel
Beth yw deunyddiau superalloy? Mewn gwirionedd, rhennir aloion tymheredd uchel yn dri math o ddeunyddiau: deunyddiau tymheredd uchel 760 gradd, deunyddiau tymheredd uchel 1200 gradd a deunyddiau tymheredd uchel 1500 gradd, gyda chryfder tynnol o 800MPa. Mewn geiriau eraill, mae'n cyfeirio at ddeunyddiau metel tymheredd uchel sy'n gweithio am amser hir o dan 760-1500 gradd a rhai amodau straen. Ei nodweddion pwysig: mae ganddo gryfder tymheredd uchel rhagorol, ymwrthedd ocsideiddio da a gwrthiant cyrydiad thermol, perfformiad blinder da, caledwch torri asgwrn a phriodweddau cynhwysfawr eraill, ac mae wedi dod yn ddeunydd allweddol anadnewyddadwy ar gyfer rhannau pen poeth peiriannau tyrbin nwy ar gyfer milwrol a sifil. defnyddio ledled y byd.
Deunyddiau tymheredd uchel 760 gradd Ers diwedd y 1930au, dechreuodd Prydain, yr Almaen, yr Unol Daleithiau a gwledydd eraill astudio uwch-aloi. Yn ystod yr Ail Ryfel Byd, er mwyn diwallu anghenion peiriannau aero newydd, aeth yr ymchwil a'r defnydd o uwch-aloiau i gyfnod o ddatblygiad cyflym. Yn gynnar yn y 1940au, ychwanegodd y Deyrnas Unedig swm bach o alwminiwm a thitaniwm yn gyntaf i'r aloi 80Ni-20Cr i ffurfio 'cyfnod (gamma prime) i'w gryfhau, a datblygodd yr aloi cyntaf sy'n seiliedig ar nicel gydag uchel uchel. - cryfder tymheredd. Yn ystod y cyfnod hwn, er mwyn diwallu anghenion datblygu turbochargers ar gyfer piston aeroengines, dechreuodd yr Unol Daleithiau ddefnyddio aloion cobalt Vitallium i wneud llafnau.
llun
Mae'n werth nodi bod yr Unol Daleithiau hefyd wedi datblygu aloion nicel Inconel i wneud siambrau hylosgi ar gyfer peiriannau jet. Yn ddiweddarach, er mwyn gwella cryfder tymheredd uchel yr aloi ymhellach, ychwanegodd metelegwyr elfennau megis twngsten, molybdenwm, a chobalt at yr aloi sy'n seiliedig ar nicel i gynyddu cynnwys alwminiwm a thitaniwm, a datblygwyd cyfres o aloion, o'r fath. fel "Nimonic" yn y Deyrnas Unedig, a "Nimonic" yn yr Unol Daleithiau. "Mar-M" a "IN", ac ati; ychwanegu nicel, twngsten ac elfennau eraill i'r aloion sy'n seiliedig ar cobalt i ddatblygu amrywiaeth o aloion tymheredd uchel, megis X-45, HA-188, FSX-414, ac ati. diffyg adnoddau cobalt, mae datblygiad superalloys sy'n seiliedig ar cobalt yn gyfyngedig.
Yn y 1940au, datblygwyd uwchaloau haearn hefyd. Yn y 1950au, ymddangosodd graddau fel A-286 ac Incoloy901, ond oherwydd sefydlogrwydd tymheredd uchel gwael, roedd y datblygiad yn araf. Dechreuodd yr hen Undeb Sofietaidd gynhyrchu uwch-aloiau wedi'u seilio ar nicel brand "ЭИ" ym 1950, ac yn ddiweddarach cynhyrchodd gyfres "ЭП" o uwch-aloiion anffurfiedig a chyfres ЖС o uwch-aloi cast. Yn y 1970au, mabwysiadodd yr Unol Daleithiau hefyd broses gynhyrchu newydd i gynhyrchu llafnau crisialu cyfeiriadol a disgiau tyrbin meteleg powdr, a datblygodd gydrannau aloi tymheredd uchel fel llafnau grisial sengl i ddiwallu anghenion y cynnydd parhaus yn nhymheredd mewnfa aero. - tyrbinau injan.
Mae superalloys yn cael eu datblygu i fodloni gofynion heriol iawn peiriannau jet ar ddeunyddiau, ac maent wedi dod yn ddeunydd allweddol unigryw ar gyfer cydrannau pen poeth injan tyrbin nwy milwrol a sifil. Mewn peiriannau aero datblygedig, mae cyfran yr aloion tymheredd uchel wedi cyrraedd mwy na 50 y cant.
Mae cysylltiad agos rhwng datblygiad aloion tymheredd uchel a chynnydd technolegol peiriannau aero, yn enwedig disg y tyrbin, deunydd llafn y tyrbin a phroses gweithgynhyrchu rhannau pen poeth yr injan yn symbolau pwysig o ddatblygiad injan. Oherwydd y gofynion uchel ar gyfer ymwrthedd tymheredd uchel a chynhwysedd dwyn straen y deunydd, datblygwyd aloi Nimonic80 cryfhau Ni3 (Al, Ti) yn y dyddiau cynnar yn y DU, a ddefnyddiwyd fel y deunydd ar gyfer llafn tyrbin y injan turbojet. Yn ogystal, datblygwyd aloi cyfres Nimonic yn barhaus. Mae'r Unol Daleithiau wedi datblygu aloion nicel wedi'u cryfhau â gwasgariad sy'n cynnwys alwminiwm a thitaniwm, megis cyfresi aloi Inconel, Mar-M ac Udmit a ddatblygwyd gan yr enwog Pratt & Whitney Company, GE Company a Special Metals Company yn y drefn honno.
llun
Yn y broses o ddatblygu superalloys, mae'r broses weithgynhyrchu yn chwarae rhan fawr wrth hyrwyddo datblygiad aloion. Oherwydd ymddangosiad technoleg toddi gwactod, mae cael gwared ar amhureddau a nwyon niweidiol mewn aloion, yn enwedig rheolaeth fanwl gywir ar gyfansoddiad aloi, wedi gwella perfformiad superalloys yn barhaus. Yn benodol, mae ymchwil lwyddiannus i dechnolegau newydd megis solidification cyfeiriadol, twf crisial sengl, meteleg powdr, aloi mecanyddol, craidd ceramig, hidlo ceramig, a gofannu isothermol wedi hyrwyddo datblygiad cyflym uwch-aloiau. Yn eu plith, y dechnoleg solidification cyfeiriadol yw'r mwyaf amlwg. Mae gan yr aloi cyfeiriadol a grisial sengl a gynhyrchir gan y broses solidification cyfeiriadol dymheredd gwasanaeth yn agos at 90 y cant o'r pwynt toddi cychwynnol. Felly, mae llafnau injan aero datblygedig ledled y byd yn defnyddio aloion un-grisial cyfeiriadol i gynhyrchu llafnau tyrbin. O safbwynt byd-eang, mae uwch-aloi cast sy'n seiliedig ar nicel wedi ffurfio crisialau hafal, crisialau colofnog wedi'u solidoli'n gyfeiriadol a systemau aloi grisial sengl. Mae uwch-aloiau powdr hefyd wedi'u datblygu o'r genhedlaeth gyntaf o ddisgiau tyrbin powdr 650 gradd i 750 gradd, 850 gradd a disgiau powdr perfformiad deuol ar gyfer y peiriannau perfformiad uchel datblygedig hynny.
4
cyfansoddion matrics ceramig
Beth yw Cyfansoddion Matrics Ceramig? Mae'n fath o ddeunydd cyfansawdd sy'n defnyddio cerameg fel matrics a ffibrau amrywiol. Gall y matrics ceramig fod yn serameg strwythurol tymheredd uchel fel nitrid silicon a charbid silicon. Mae gan y cerameg uwch hyn briodweddau rhagorol megis ymwrthedd tymheredd uchel, cryfder uchel ac anhyblygedd, pwysau cymharol ysgafn, a gwrthiant cyrydiad. Y gwendid angheuol yw eu bod yn frau. Pan fyddant dan straen, byddant yn cracio neu hyd yn oed yn torri i achosi methiant materol. Mae defnyddio ffibr cryfder uchel, elastig uchel a chyfansawdd matrics yn ddull effeithiol o wella caledwch a dibynadwyedd cerameg. Gall ffibrau atal craciau rhag ehangu, a thrwy hynny gael cyfansoddion matrics ceramig wedi'u hatgyfnerthu â ffibr gyda gwydnwch rhagorol.
llun
Mae cyfansoddion matrics ceramig wedi'u defnyddio fel nozzles injan roced hylif, radomau taflegryn, conau trwyn gwennol ofod, disgiau brêc awyrennau a disgiau brêc ceir uchel, ac ati, gan ddod yn gangen bwysig o ddeunyddiau newydd uwch-dechnoleg.
Oherwydd bod gan ddeunyddiau ceramig ymwrthedd gwisgo rhagorol, caledwch uchel a gwrthiant cyrydiad da, fe'u defnyddiwyd yn helaeth. Fodd bynnag, anfantais fwyaf cerameg yw eu bod yn frau ac yn sensitif i graciau a mandyllau. Ers yr 1980au, mae cyfansoddion matrics ceramig a gafwyd trwy ychwanegu gronynnau, wisgers a ffibrau at ddeunyddiau ceramig wedi gwella caledwch cerameg yn fawr.
Mae gan gyfansoddion matrics ceramig gryfder uchel, modwlws uchel, dwysedd isel, ymwrthedd tymheredd uchel, ymwrthedd gwisgo a gwrthsefyll cyrydiad, a chaledwch da, ac fe'u defnyddiwyd mewn offer torri cyflym a chydrannau injan hylosgi mewnol. Fodd bynnag, mae datblygiad y math hwn o ddeunydd yn gymharol hwyr, ac nid yw ei botensial wedi'i ddatblygu ymhellach eto. Ffocws yr ymchwil yw ei gymhwyso i ddeunyddiau tymheredd uchel a deunyddiau sy'n gwrthsefyll traul a gwrthsefyll cyrydiad, megis tyrbinau gwell ar gyfer peiriannau hylosgi mewnol pŵer uchel, cydrannau thermol ar gyfer cerbydau awyrofod, a pheiriannau cerbydau yn lle metelau, cynwysyddion petrocemegol. , offer llosgi gwastraff, ac ati.
O ran cerameg, mae pobl yn naturiol yn meddwl am ei brau. Fwy na deng mlynedd yn ôl, os oedd yn cael ei ddefnyddio fel rhan cynnal llwyth yn y maes peirianneg, roedd yn amhosibl i unrhyw un ei dderbyn. Hyd yn hyn, pan ddaw i ddeunyddiau cyfansawdd ceramig, efallai na fydd rhai pobl yn glir, gan feddwl bod cerameg a metelau yn wreiddiol yn ddau ddeunydd amherthnasol. Fodd bynnag, ers i bobl gyfuno cerameg a metelau yn glyfar, mae cysyniad pobl o'r deunydd hwn wedi cael newid sylfaenol, sef cyfansoddion matrics ceramig.
Mae deunydd cyfansawdd matrics ceramig yn ddeunydd strwythurol newydd addawol iawn ym maes diwydiant hedfan, yn enwedig wrth gymhwyso gweithgynhyrchu aero-injan, mae'n dangos ei unigrywiaeth fwyfwy. Yn ogystal â manteision pwysau ysgafn a chaledwch uchel, mae gan gyfansoddion matrics ceramig hefyd wrthwynebiad tymheredd uchel rhagorol ac ymwrthedd cyrydiad tymheredd uchel. Ar hyn o bryd, mae cyfansoddion matrics ceramig wedi rhagori ar ddeunyddiau gwrthsefyll gwres metel o ran ymwrthedd tymheredd uchel, ac mae ganddynt briodweddau mecanyddol da a sefydlogrwydd cemegol. Maent yn ddeunyddiau delfrydol a rhagorol ar gyfer ardaloedd tymheredd uchel o beiriannau tyrbinau perfformiad uchel.
llun
Mae gwledydd ledled y byd yn canolbwyntio ar ymchwil ar serameg atgyfnerthu nitrid silicon a charbid silicon i fodloni gofynion materol y genhedlaeth nesaf o beiriannau uwch
deunyddiau, ac mae wedi gwneud cynnydd mawr, yn enwedig mewn peiriannau aero modern. Er enghraifft, mae injan F120 y peiriant gwirio Americanaidd, ei ddyfais selio tyrbinau pwysedd uchel, a rhai rhannau tymheredd uchel o'r siambr hylosgi i gyd wedi'u gwneud o ddeunyddiau ceramig. Er enghraifft, mae siambr hylosgi a ffroenell yr injan Ffrengig M88-2 hefyd yn defnyddio cyfansoddion matrics ceramig.
5
Deunyddiau newydd o gyfansoddion rhyngfetelaidd
Beth yw cyfansoddion rhyngfetelaidd? Cyfansoddion o fetelau a metelau neu fetelau a metalloidau (fel H, B, N, S, P, C, Si, ac ati). Mae atomau'r ddau fetel yn cael eu cyfuno mewn cyfran benodol i ffurfio cyfansoddiad aloi sy'n wahanol i'r ddau dellt grisial gwreiddiol. Mae cyfansoddion rhyngfetelaidd yn fathau newydd o ddeunyddiau sydd wedi cael sylw eang.
llun
Mewn gwirionedd, mae datblygu aeroengines cymhareb uchel-gwthiad-i-bwysau perfformiad uchel wedi hyrwyddo datblygiad a chymhwyso cyfansoddion rhyngfetelaidd. Yn gyffredinol, mae cyfansoddion rhyngfetelaidd yn gyfansoddion sy'n cynnwys elfennau metel deuaidd, teiran neu aml-elfen. Mae gan gyfansoddion rhyngfetelaidd botensial mawr mewn cymwysiadau strwythurol tymheredd uchel. Mae ganddo dymheredd gwasanaeth uchel, cryfder penodol, dargludedd thermol, ac yn enwedig ar dymheredd uchel, mae ganddo hefyd wrthwynebiad ocsideiddio da, ymwrthedd cyrydiad a chryfder ymgripiad uchel. . Yn ogystal, oherwydd bod y cyfansawdd intermetallic yn ddeunydd newydd rhwng y superalloy a'r deunydd ceramig, mae'n llenwi'r bwlch rhwng y ddau ddeunydd, felly mae'n dod yn un o'r deunyddiau delfrydol ar gyfer cydrannau tymheredd uchel o beiriannau aero.
Yn y strwythur aero-engine byd-eang, mae ymchwil a datblygu yn canolbwyntio'n bennaf ar gyfansoddion rhyngfetelaidd megis titaniwm-alwminiwm a nicel-alwminiwm. Yn y bôn, mae gan y cyfansoddion alwminiwm titaniwm hyn yr un dwysedd â thitaniwm, ond mae ganddynt dymheredd gwasanaeth uwch. Er enghraifft, tymereddau gweithredu TiAl yw 816 gradd a 982 gradd yn y drefn honno. Mae gan y cyfansoddyn rhyngfetelaidd fond cryf rhwng atomau a strwythur grisial cymhleth, sy'n ei gwneud hi'n anodd dadffurfio, ac mae'n galed ac yn frau ar dymheredd yr ystafell. Ar ôl blynyddoedd o ymchwil arbrofol, mae math newydd o aloi gyda chryfder tymheredd uchel, plastigrwydd tymheredd ystafell a chaledwch wedi'i ddatblygu'n llwyddiannus, ac mae wedi'i osod a'i ddefnyddio, ac mae'r effaith yn dda iawn. Er enghraifft, mae'r injan F119 perfformiad uchel yn yr Unol Daleithiau yn defnyddio cyfansoddion rhyngfetelaidd yn y casin a'r disgiau tyrbin, ac mae llafnau cywasgydd a disgiau'r peiriant dilysu F120 yn defnyddio cyfansoddion rhyngfetelaidd titaniwm-alwminiwm newydd.
6
cyfansoddion matrics resin
Beth yw cyfansoddion matrics resin? Mae'n ddeunydd atgyfnerthu ffibr sy'n seiliedig ar bolymer organig, fel arfer yn defnyddio atgyfnerthiadau ffibr fel ffibr gwydr, ffibr carbon, ffibr basalt neu ffibr aramid. Defnyddir deunyddiau cyfansawdd resin yn eang mewn diwydiannau hedfan, ceir a morol.
llun
Mae'r matrics resin o ddeunyddiau cyfansawdd yn resin thermosetting yn bennaf. Mor gynnar â'r 1940au, defnyddiwyd plastigau wedi'u hatgyfnerthu â gwydr ffibr fel radomau ar awyrennau jet ymladd ac awyrennau bomio. Yn y 1960au, defnyddiodd yr Unol Daleithiau resin epocsi wedi'i atgyfnerthu â ffibr boron fel llyw, sefydlogwyr llorweddol, ymylon llusgo adenydd, drysau llyw, ac ati ar awyrennau milwrol fel F-4 a F-111. O ran gweithgynhyrchu taflegrau, ar ddiwedd y 1950au, roedd casin modur roced solet ail gam y taflegryn llong danfor ystod canolig yr Unol Daleithiau "Polaris A-2" yn defnyddio rhannau dirwyn resin epocsi atgyfnerthu ffibr gwydr, sy'n well. na casinau dur. 27 y cant yn ysgafnach; yn ddiweddarach, defnyddiwyd ffibr gwydr perfformiad uchel yn lle ffibr gwydr cyffredin i wneud "Polaris A-3", a wnaeth bwysau'r gragen 50 y cant yn ysgafnach na chragen dur, fel bod yr ystod o "Polaris A{{ 12}}" taflegryn ei newid o 2700 mil metr wedi cynyddu i 4500 km. Yn y 1970au, defnyddiwyd ffibr aramid yn lle ffibr gwydr i atgyfnerthu resin epocsi, a chafodd y cryfder ei wella'n fawr, tra gostyngwyd y pwysau. Defnyddir cyfansoddion resin epocsi wedi'u hatgyfnerthu â ffibr carbon yn eang mewn awyrennau, taflegrau, lloerennau a strwythurau eraill.
Dechreuodd yr ymchwil ar gymhwyso deunyddiau cyfansawdd wedi'u seilio ar resin mewn peiriannau turbofan hedfan yn y 1950au. Ar ôl mwy na 60 mlynedd o ddatblygiad, mae GE, PW, RR, MTU, SNECMA a chwmnïau eraill wedi buddsoddi llawer o egni mewn ymchwil a datblygu deunyddiau cyfansawdd resin, a chyflawnwyd cynnydd mawr, ac mae ei beirianneg wedi'i wneud. wedi'i gymhwyso i beiriannau turbofan hedfan gweithredol, ac mae tuedd i ehangu ymhellach ei gymhwysiad.
Yn gyffredinol, nid yw tymheredd gwasanaeth cyfansoddion matrics resin yn fwy na 350 gradd. Felly, defnyddir cyfansoddion matrics resin yn bennaf ym mhen oer peiriannau aero.
7
cyfansoddion matrics metel
Beth yw cyfansoddion matrics metel? Mae'n ddeunydd cyfansawdd sy'n cael ei gyfuno'n artiffisial â metel a'i aloi fel y matrics ac un neu sawl atgyfnerthiad metel neu anfetel. Mae'r rhan fwyaf o'i ddeunyddiau atgyfnerthu yn anfetelau anorganig, megis cerameg, carbon, graffit a boron, ac ati, a gellir defnyddio gwifrau metel hefyd. Ynghyd â chyfansoddion matrics polymer, cyfansoddion matrics ceramig a chyfansoddion carbon / carbon, mae'n ffurfio system gyfansawdd fodern.
llun
Nodweddion deunyddiau cyfansawdd matrics metel: o ran mecaneg, mae ganddynt gryfder traws a chneifio uchel, priodweddau mecanyddol cynhwysfawr da megis caledwch a blinder, ac mae ganddynt hefyd ddargludedd thermol, dargludedd trydanol, ymwrthedd gwisgo, cyfernod ehangu thermol bach, dampio da. , dim amsugno lleithder, a dim ymwrthedd cyrydiad. Manteision fel heneiddio a dim llygredd. Er enghraifft, cryfder penodol deunyddiau cyfansawdd alwminiwm atgyfnerthu ffibr carbon yw 3 ~ 4 × 107mm, a'r modwlws penodol yw 6 ~ 8 × 109mm. Er enghraifft, gall modwlws penodol magnesiwm atgyfnerthu ffibr graffit gyrraedd 1.5 × 1010mm, ac mae ei gyfernod ehangu thermol bron yn sero.
Mae'n werth nodi, o'i gymharu â deunyddiau cyfansawdd sy'n seiliedig ar resin, bod gan ddeunyddiau cyfansawdd metel wydnwch da, nad ydynt yn amsugno lleithder, a gallant wrthsefyll tymereddau cymharol uchel. Mae ffibrau atgyfnerthu cyfansoddion matrics metel yn cynnwys ffibrau metel, megis dur di-staen, twngsten, plwm, cyfansoddion intermetallic nicel-alwminiwm, ac ati; ffibrau ceramig, fel alwmina, silicon ocsid, carbon, boron, carbid silicon, ac ati.
Mae deunyddiau matrics cyfansoddion matrics metel yn cynnwys aloion alwminiwm, aloi alwminiwm, magnesiwm, Chin a Chin, aloion sy'n gwrthsefyll gwres, aloion diemwnt, ac ati. Yn eu plith, deunyddiau cyfansawdd yn seiliedig ar aloion alwminiwm, aloion alwminiwm ac aloion haearn yw'r prif ddewisiadau ar hyn o bryd . Er enghraifft, gellir defnyddio cyfansoddion matrics aloi Chin wedi'u hatgyfnerthu â ffibr SiC i wneud llafnau cywasgydd. Gellir defnyddio cyfansoddion matrics magnesiwm neu aloi magnesiwm wedi'u hatgyfnerthu â ffibr carbon neu ffibr carbon i gynhyrchu llafnau turbofan. Enghraifft arall yw y gellir defnyddio cyfansoddion matrics aloi sy'n seiliedig ar nicel wedi'u hatgyfnerthu â ffibr nicel-cromiwm-alwminiwm-iridium i gynhyrchu elfennau selio ar gyfer tyrbinau a chywasgwyr.
Yn ogystal, mae casinau ffan, rotorau, disgiau cywasgydd a rhannau eraill i gyd wedi'u gwneud o gyfansoddion matrics metel dramor. Ond un o'r problemau mwyaf gyda'r math hwn o ddeunydd cyfansawdd yw ei bod hi'n hawdd ymateb rhwng y ffibr atgyfnerthu a'r metel matrics i gynhyrchu cyfnod brau, sy'n dirywio perfformiad y deunydd. Yn enwedig pan gaiff ei ddefnyddio am amser hir ar dymheredd uwch, mae adwaith y rhyngwyneb yn fwy amlwg. Yr ateb presennol yw ychwanegu haenau priodol ar yr wyneb ffibr ac aloi'r matrics metel yn ôl gwahanol ffibrau a gwahanol swbstradau, er mwyn arafu'r adwaith rhyngwyneb a chynnal dibynadwyedd perfformiad deunydd cyfansawdd.
llun
Deunyddiau a ddefnyddir mewn llafnau ffan injan
Y llafn ffan injan yw'r rhan fwyaf cynrychioliadol a phwysig iawn o'r injan turbofan, ac mae perfformiad yr injan turbofan yn perthyn yn agos i'w ddatblygiad. O'i gymharu â llafnau ffan aloi titaniwm, mae llafnau ffan deunydd cyfansawdd matrics resin fantais amlwg iawn o ran lleihau pwysau. Yn ogystal â manteision amlwg lleihau pwysau, mae'r llafnau ffan cyfansawdd sy'n seiliedig ar resin yn cael llai o effaith ar achos y gefnogwr ar ôl yr effaith, felly mae'n fuddiol gwella cyfyngiant achos y gefnogwr.
Prif gynrychiolwyr llafnau ffan cyfansawdd ar gyfer defnydd masnachol mewn gwledydd tramor yw: peiriannau cyfres GE90 ar gyfer B777, peiriannau GEnx ar gyfer B787, a pheiriannau LEAP-X ar gyfer COMAC C919. Mor gynnar â 1995, cafodd yr injan GE B, gyda llafnau gwyntyll deunydd cyfansawdd wedi'u seilio ar resin, ei rhoi ar waith yn swyddogol yn fasnachol, gan nodi gwireddiad swyddogol cymhwysiad peirianneg deunyddiau cyfansawdd resin mewn aeroengines modern perfformiad uchel. . Ar sail ystyriaeth gynhwysfawr o aerodynameg, cylchoedd blinder beiciau uchel ac isel a ffactorau eraill, mae GE wedi datblygu llafn ffan cyfansawdd newydd ar gyfer yr injan GE90-115B dilynol.
Yn yr 21ain ganrif, mae'r galw mawr am beiriannau aero am ddeunyddiau cyfansawdd sy'n gallu gwrthsefyll difrod yn arwain at ddatblygiad pellach technoleg deunydd cyfansawdd, ac mae'n anodd bodloni gofynion deunyddiau sy'n gallu gwrthsefyll difrod uchel trwy wella caledwch ffibr carbon yn barhaus. / prepregs resin epocsi. O ganlyniad, dechreuodd llafnau ffan cyfansawdd strwythur gwehyddu 3D ymddangos.
Deunyddiau a ddefnyddir mewn cas ffan injan
Y casin ffan injan yw'r rhan sefydlog fwyaf o injan aero, a bydd ei ostyngiad pwysau yn effeithio'n uniongyrchol ar y gymhareb gwthio-i-bwysau ac effeithlonrwydd aero-injan. Felly, mae OEMs aero-injan uwch tramor bob amser wedi ymrwymo i leihau pwysau ac optimeiddio strwythurol y casin ffan.
llun
Deunyddiau a ddefnyddir ar gyfer cowls gwyntyll injan
Oherwydd ei fod yn gydran nad yw'n brif lwyth, mae'r cowl ffan yn un o'r rhannau cyntaf a wneir o ddeunyddiau cyfansawdd ar aero-injan. Gall y cowl gefnogwr a wneir o ddeunyddiau cyfansawdd ddarparu pwysau ysgafnach, strwythur gwrth-eisin wedi'i symleiddio, ymwrthedd cyrydiad gwell a gwell ymwrthedd blinder. Fel injan RB211 y cwmni RR enwog, PW1000G cwmni PW, a PW4000 yn defnyddio deunyddiau cyfansawdd resin i baratoi capiau ffan.
O'u cymharu â phrif fframiau peiriannau aero, mae gan ddeunyddiau cyfansawdd resin le eang iawn mewn nacelles aero-injan. Mae gweithgynhyrchwyr byd-eang wedi defnyddio deunyddiau cyfansawdd wedi'u seilio ar resin ar raddfa fawr mewn cilfachau nacelle, tylwyth teg, gwrthdroyddion gwthiad, a leininau lleihau sŵn. Deunydd. O ran rhannau eraill, mae deunyddiau cyfansawdd sy'n seiliedig ar resin hefyd yn cael eu cymhwyso i raddau amrywiol mewn platiau rhedwr ffan aero-injan, gorchuddion selio dwyn, a phlatiau clawr.
