Aviacijos gamyba yra labiausiai koncentruota aukštųjų technologijų sritis ir priklauso pažangioms gamybos technologijoms. Pavyzdžiui, F119 variklis, sukurtas Pratt & Whitney iš Jungtinių Amerikos Valstijų, F120 variklis General Electric Company, M88-2 variklis SNECMA Company of France ir EJ200 variklis, kurį bendrai sukūrė Jungtinė Karalystė, Vokietija. , Italijoje ir Ispanijoje. Verta paminėti, kad šie pažangiausią pasaulyje lygį reprezentuojantys aviaciniai varikliai turi bendrą bruožą naudoti naujas medžiagas, naujus procesus ir naujas technologijas. Septynios naujos naudojamos medžiagos pristatomos atitinkamai taip:
1
Anglies / anglies kompozitas
Kas yra anglies / anglies kompozitai? Tai anglies matricos kompozicinė medžiaga, sustiprinta anglies pluoštu ir jo audiniu, mažo tankio (<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.
Nors anglies/anglies kompozitai turi daug puikių savybių aukštoje temperatūroje, jie patiria oksidacijos reakcijas aerobinėje aplinkoje, kurios temperatūra aukštesnė nei 400 laipsnių, todėl smarkiai pablogėja medžiagos savybės. Todėl naudojant anglies/anglies kompozitus aukštos temperatūros aerobinėje aplinkoje turi būti taikomos apsaugos nuo oksidacijos priemonės. Anglies/anglies kompozitų apsauga nuo oksidacijos daugiausia vykdoma šiais dviem būdais, ty matricos modifikavimas ir paviršinio aktyvumo taškų pasyvinimas gali būti naudojami anglies/anglies kompozitams apsaugoti žemesnėje temperatūroje; kylant temperatūrai, dengimo metodas turi būti naudojamas anglies/anglies kompozicinei medžiagai izoliuoti nuo tiesioginio sąlyčio su deguonimi, kad būtų pasiektas apsaugos nuo oksidacijos tikslas. Šiuo metu dažniausiai naudojamas dengimo būdas. Nuolat tobulėjant mokslui ir technologijoms, vis labiau pasikliaujama anglies/anglies kompozitinių medžiagų veikimu itin aukštoje temperatūroje, o vienintelis įmanomas apsaugos nuo oksidacijos sprendimas itin aukštos temperatūros sąlygomis gali būti tik dangos apsauga. .
Verta paminėti, kad C/C pagrindu pagamintos kompozitinės medžiagos yra nauja medžiaga, pasižyminti didesniu atsparumu temperatūrai, kuri pastaraisiais metais sulaukė daugiausiai dėmesio pasaulyje. Kadangi tik C/C kompozitinės medžiagos laikomos vienintelėmis turbinos rotoriaus menčių, kurių traukos ir svorio santykis yra didesnis nei 20, o variklio įleidimo temperatūra yra 1930-2227 laipsnis, įpėdinėmis. Aukščiausias strateginis tikslas, kurio siekia pažangios pramonės šalys.
Vadinamoji C/C pagrindu pagaminta kompozitinė medžiaga yra anglies pluoštu sustiprinta anglies pagrindo kompozicinė medžiaga, kuri sujungia ugniai atsparias anglies savybes su dideliu anglies pluošto stiprumu ir standumu, todėl jis nėra trapus. Kadangi C/C pagrindu pagamintos kompozitinės medžiagos pasižymi lengvu svoriu, dideliu stiprumu, puikiu šiluminiu stabilumu ir puikiu šilumos laidumu, šiandien jos yra idealiausios aukštai temperatūrai atsparios medžiagos, ypač esant aukštai 1000-1300 laipsnių C temperatūrai. Jėga ne tik nesumažėjo, bet sugebėjo didėti. Ypač kai temperatūra yra žemesnė nei 1650 laipsnių, ji vis tiek išlaiko tvirtumą ir malonumą kambario temperatūroje. Todėl C / C pagrindu pagaminti kompozitai turi didelį plėtros potencialą aviacijos ir kosmoso gamyboje.
Verta paminėti, kad viena iš pagrindinių C/C pagrindu pagamintų kompozitinių medžiagų problemų aviaciniuose varikliuose yra prastas atsparumas oksidacijai. Todėl pastaraisiais metais Jungtinės Valstijos priėmė daugybę technologinių priemonių šiai problemai išspręsti ir palaipsniui taikė naujam varikliui. Pavyzdžiui, amerikietiško F119 variklio papildomo degiklio galinis antgalis, F100 variklio antgalis ir degimo kameros antgalis bei kai kurios F120 patikros mašinos degimo kameros dalys buvo pagamintos iš C/C pagrindu pagamintų kompozitinių medžiagų. Kitas pavyzdys – prancūziškas M88-2 variklis, o „Mirage 2000“ variklio papildomo degiklio degalų įpurškimo strypas, šilumos skydas ir antgalis taip pat naudoja C/C pagrindu pagamintas kompozicines medžiagas.
2
Nauja medžiaga iš itin didelio stiprumo plieno
Kas yra ypač didelio stiprumo plienas? Viduryje{0}} Jungtinės Valstijos sukūrė Cr-Mo plieną (AISI4130) ir Cr-Ni-Mo plieną (AISI 4340). Po grūdinimo ir grūdinimo žemoje temperatūroje tempiamasis stipris buvo atitinkamai 170 ir 190 kgf/mm2. Šeštojo dešimtmečio pradžioje į AISI 4340 plieną buvo pridėta Si ir V, kad būtų pagamintas 300M, kurio tempiamasis stipris yra 190–210 kgf/mm2. 1960 m. Tarptautinė nikelio įmonė pagamino martensitiškai senėjantį plieną, kurio tempiamasis stipris yra apie 180 kgf/mm2, o atsparumas plyšimui – iki 390 kgf/mm. Aštuntajame dešimtmetyje JAV sumažino C ir padidino Si 300M pagrindu, pagerino kietumą ir išaugo į HP310 plieną; martensitinio plieno pagrindu jis išsivystė į AF1410 plieną, kurio tempiamasis stipris yra 170 kgf/mm2, o atsparumas plyšimui – 400 kgf/mm2 mm.
paveikslėlį
Verta paminėti, kad itin didelio stiprumo plienas turi turėti didelį atsparumą tempimui ir išlaikyti pakankamą kietumą. Taip pat reikalingas didelis specifinis stiprumas (stiprumo ir tankio santykis) ir didelis išeigos santykis (σs/σb), kad būtų sumažintas komponento svoris, taip pat turi būti geras suvirinamumas, formuojamumas ir kitos proceso savybės. Itin didelio stiprumo plienui keliami labai aukšti metalurginės kokybės reikalavimai, jis dažnai lydomas elektros lanko krosnyje ir perlydant elektros šlaką. Plienas, kuriam reikalingas didelis grynumas, dažniausiai lydomas vakuuminėse indukcinėse krosnyse arba vakuuminėse elektros lankinėse krosnyse. Vidutinio ir mažai legiruoto itin didelio stiprumo plienas turi būti apsaugotas nuo dekarbonizacijos terminio apdorojimo metu; martensituojantis plienas ir nuo kritulių kietėjantis nerūdijantis plienas gali būti apdorojami kietu tirpalu įprastose kaitinimo krosnyse. Suvirinimui turi būti naudojamas suvirinimas apsauginėmis dujomis arba argono volframo lankinis suvirinimas. Kai kurie mažai legiruoti itin didelio stiprumo plienai, kuriuose yra daug anglies (apie 0,4 proc.), turi būti atkaitinti iš karto po suvirinimo.
Verta paminėti, kad itin stiprus plienas naudojamas kaip orlaivių važiuoklės medžiaga. Pavyzdžiui, antrosios kartos orlaiviuose naudojama važiuoklė yra pagaminta iš 30CrMnSiNi2A plieno, kurio tempiamasis stipris yra 1700 MPa. Tokio tipo važiuoklės tarnavimo laikas yra trumpas – apie 2000 skrydžio valandų.
Kitas pavyzdys – trečios kartos naikintuvo konstrukcija reikalauja, kad važiuoklės tarnavimo laikas būtų ilgesnis nei 5,000 skrydžio valandos. Tuo pačiu, didėjant orlaivių įrangai, mažėja orlaivio konstrukcijos svorio koeficientas, keliami aukštesni reikalavimai važiuoklės medžiagų ir gamybos technologijos parinkimui. Tiek JAV, tiek mūsų trečios kartos naikintuvuose naudojama 300M plieno (tempimo stipris 1950MPa) važiuoklės gamybos technologija.
Tiesą sakant, medžiagų panaudojimo technologijos tobulinimas skatina tolesnį važiuoklės eksploatavimo trukmės ilginimą ir prisitaikymo galimybes. Pavyzdžiui, europietiško „Airbus A380“ orlaivio važiuoklė naudoja itin didelę integruotą kalimo technologiją, naują atmosferos apsaugos terminio apdorojimo technologiją ir greitaeigio liepsnos purškimo technologiją, kad važiuoklės tarnavimo laikas atitiktų projektavimo reikalavimus. Todėl naujų medžiagų ir gamybos metodų įdiegimas užtikrino orlaivių pakeitimą.
paveikslėlį
Kaip visi žinome, ilgaamžiška orlaivių konstrukcija korozijai atsparioje aplinkoje kelia aukštesnius reikalavimus medžiagoms. Pavyzdžiui, AerMet100 plieno stiprumo lygis yra toks pat kaip 300M plienas, tačiau jo bendras atsparumas korozijai ir atsparumas korozijai yra žymiai geresni nei 300M plieno. Atitinkama važiuoklės gamybos technologija buvo pritaikyta pažangiems orlaiviams, pvz., F/A-18E/F, F-22 ir F-35. Didesnio stiprumo Aermet310 plienas turi mažesnį atsparumą lūžiams ir yra nuolat tobulinamas ir tobulinamas. Pažeidimams atsparaus itin didelio stiprumo plieno AF1410 įtrūkimų augimo greitis yra itin lėtas, kurį galima naudoti kaip B-1 orlaivio sparno, kuris yra 10,6 proc. lengvesnis už Ti, pavaros jungtį. -6Al-4V, apdorojimo našumas padidėjo 60 proc. ir išlaidos sumažėjo 30,3 proc. Pavyzdžiui, didelio stiprumo nerūdijančio plieno, naudojamo Rusijos Smig-1.42, kiekis siekia net 30 proc. PH13-8Mo yra vienintelis didelio stiprumo martensitinis krituliais kietėjantis nerūdijantis plienas, plačiai naudojamas kaip korozijai atsparus komponentas. Itin stiprus krumpliaračių (guolis) plienas taip pat buvo sukurtas tarptautiniu mastu, pvz., CSS-42L, Gearmet C69 ir kt., ir buvo naudojamas varikliuose, sraigtasparniuose ir erdvėlaiviuose.
3
Aukštos temperatūros lydinio medžiaga
Kas yra superlydinės medžiagos? Aukštos temperatūros lydiniai iš tikrųjų skirstomi į trijų tipų medžiagas: 760 laipsnių aukštos temperatūros medžiagas, 1200 laipsnių aukštos temperatūros medžiagas ir 1500 laipsnių aukštos temperatūros medžiagas, kurių tempiamasis stipris yra 800 MPa. Kitaip tariant, tai reiškia aukštos temperatūros metalines medžiagas, kurios ilgą laiką veikia 760-1500 laipsnio ir tam tikromis įtempimo sąlygomis. Svarbios jo savybės: pasižymi puikiu atsparumu aukštai temperatūrai, atsparumu oksidacijai ir terminei korozijai, pasižymi geru nuovargiu, atsparumu lūžiams ir kitomis visapusiškomis savybėmis, tapo nepakeičiama pagrindine karinių ir civilių dujų turbinų variklių karštųjų dalių medžiaga. naudoti visame pasaulyje.
760 laipsnių aukštos temperatūros medžiagos Nuo 1930-ųjų pabaigos Didžioji Britanija, Vokietija, JAV ir kitos šalys pradėjo tyrinėti superlydinius. Antrojo pasaulinio karo metu, siekiant patenkinti naujų aviacinių variklių poreikius, superlydinių tyrimai ir naudojimas įžengė į spartaus vystymosi laikotarpį. 1940-ųjų pradžioje Jungtinė Karalystė pirmą kartą į 80Ni-20Cr lydinį įpylė nedidelį kiekį aliuminio ir titano, kad suformuotų fazę (gama pradinį pagrindą), skirtą sustiprinti, ir sukūrė pirmąjį nikelio lydinį su aukštu - temperatūros stiprumas. Šiuo laikotarpiu, siekdamos patenkinti stūmoklinių aerovariklių turbokompresorių kūrimo poreikius, JAV pradėjo naudoti Vitallium kobalto lydinius menčių gamybai.
paveikslėlį
Verta paminėti, kad JAV taip pat sukūrė „Inconel“ nikelio lydinių, skirtų reaktyvinių variklių degimo kameroms gaminti. Vėliau, siekdami dar labiau pagerinti lydinio atsparumą aukštai temperatūrai, metalurgai į nikelio pagrindo lydinį pridėjo tokių elementų kaip volframas, molibdenas ir kobaltas, kad padidintų aliuminio ir titano kiekį, ir sukūrė lydinių seriją, pvz. kaip „Nimonic“ Jungtinėje Karalystėje ir „Nimonic“ JAV. „Mar-M“ ir „IN“ ir kt.; nikelio, volframo ir kitų elementų pridėjimas į kobalto lydinius, kad būtų sukurti įvairūs aukštos temperatūros lydiniai, tokie kaip X-45, HA-188, FSX-414 ir kt. kobalto išteklių trūkumas, kobalto pagrindu pagamintų superlydinių kūrimas yra ribotas.
1940-aisiais buvo sukurti ir geležies pagrindu pagaminti superlydiniai. 1950-aisiais pasirodė tokios klasės kaip A-286 ir Incoloy901, tačiau dėl prasto stabilumo aukštoje temperatūroje vystymasis buvo lėtas. Buvusi Sovietų Sąjunga 1950 metais pradėjo gaminti „ЭИ“ prekės ženklo superlydinius nikelio pagrindu, vėliau gamino „ЭП“ seriją deformuotų superlydinių ir ЖС lietų superlydinių seriją. Aštuntajame dešimtmetyje Jungtinės Valstijos taip pat priėmė naują gamybos procesą, skirtą kryptinės kristalizacijos mentėms ir miltelių metalurgijos turbinų diskams gaminti, ir sukūrė aukštos temperatūros lydinio komponentus, tokius kaip monokristaliniai peiliai, kad patenkintų nuolatinio aerodinaminio įleidimo temperatūros didėjimo poreikius. - variklių turbinos.
Superlydiniai sukurti taip, kad atitiktų labai griežtus reaktyvinių variklių medžiagų reikalavimus ir tapo nepakeičiama pagrindine karinių ir civilinių dujų turbininių variklių karšto galo komponentų medžiaga. Pažangiuose aviaciniuose varikliuose aukštos temperatūros lydinių dalis pasiekė daugiau nei 50 procentų.
Aukštos temperatūros lydinių kūrimas yra glaudžiai susijęs su aviacinių variklių technologine pažanga, ypač turbinos diskas, turbinos menčių medžiaga ir karštųjų variklio dalių gamybos procesas yra svarbūs variklio tobulinimo simboliai. Dėl aukštų reikalavimų medžiagos atsparumui aukštai temperatūrai ir atsparumui įtempimams, pradžioje JK buvo sukurtas Ni3 (Al, Ti) sustiprintas Nimonic80 lydinys, kuris buvo naudojamas kaip medžiaga turbinos menčių gamybai. turboreaktyvinis variklis. Be to, „Nimonic“ serijos lydinys buvo nuolat tobulinamas. Jungtinės Valstijos sukūrė dispersijos būdu sustiprintus nikelio lydinius, kurių sudėtyje yra aliuminio ir titano, pvz., Inconel, Mar-M ir Udmit lydinių serijas, kurias atitinkamai sukūrė garsioji Pratt & Whitney Company, GE Company ir Special Metals Company.
paveikslėlį
Superlydinių kūrimo procese gamybos procesas vaidina didelį vaidmenį skatinant lydinių kūrimą. Dėl vakuuminio lydymosi technologijos atsiradimo, kenksmingų priemaišų ir dujų pašalinimas lydiniuose, ypač tikslus lydinio sudėties valdymas, nuolat gerina superlydinių veikimą. Visų pirma, sėkmingi naujų technologijų, tokių kaip kryptinis kietėjimas, monokristalų augimas, miltelių metalurgija, mechaninis legiravimas, keraminė šerdis, keraminis filtravimas ir izoterminis kalimas, tyrimai paskatino sparčią superlydinių plėtrą. Tarp jų ryškiausia yra kryptinio kietėjimo technologija. Kryptinio ir vieno kristalo lydinio, pagaminto kryptinio kietėjimo proceso metu, eksploatavimo temperatūra yra artima 90 procentų pradinės lydymosi temperatūros. Todėl pažangūs aviacinių variklių mentės visame pasaulyje naudoja kryptinius vieno kristalo lydinius turbinų mentėms gaminti. Žvelgiant iš pasaulinės perspektyvos, nikelio pagrindu pagaminti superlydiniai sudarė lygiašius kristalus, kryptingai sukietėjusius stulpelinius kristalus ir vieno kristalo lydinių sistemas. Milteliniai superlydiniai taip pat buvo sukurti nuo pirmosios kartos 650 laipsnių iki 750 laipsnių, 850 laipsnių miltelių turbinų diskų ir dvigubo našumo miltelių diskų tiems pažangiems didelio našumo varikliams.
4
keraminės matricos kompozitai
Kas yra keraminės matricos kompozitai? Tai yra kompozicinės medžiagos rūšis, kurioje kaip matrica naudojama keramika ir įvairūs pluoštai. Keraminė matrica gali būti aukštos temperatūros struktūrinė keramika, tokia kaip silicio nitridas ir silicio karbidas. Ši pažangi keramika pasižymi puikiomis savybėmis, tokiomis kaip atsparumas aukštai temperatūrai, didelis stiprumas ir tvirtumas, palyginti lengvas svoris ir atsparumas korozijai. Lemtinga silpnybė yra ta, kad jie yra trapūs. Kai jie patiria stresą, jie įtrūks ar net sulūžs ir sukels medžiagų gedimą. Didelio stiprumo, didelio elastingumo pluošto ir matricos kompozito naudojimas yra veiksmingas būdas pagerinti keramikos tvirtumą ir patikimumą. Pluoštai gali neleisti įtrūkimams išsiplėsti, taip gaunami pluoštu sustiprintos keraminės matricos kompozitai, pasižymintys puikiu kietumu.
paveikslėlį
Keraminės matricos kompozitai buvo naudojami kaip skystųjų raketų variklių purkštukai, raketų antgaliai, erdvėlaivio nosies kūgiai, orlaivių stabdžių diskai ir aukščiausios klasės automobilių stabdžių diskai ir kt., tapę svarbia aukštųjų technologijų naujų medžiagų šaka.
Kadangi keraminės medžiagos turi puikų atsparumą dilimui, didelį kietumą ir gerą atsparumą korozijai, jos buvo plačiai naudojamos. Tačiau didžiausias keramikos trūkumas yra tai, kad ji yra trapi ir jautri įtrūkimams bei poroms. Nuo devintojo dešimtmečio keraminės matricos kompozitai, gauti į keramines medžiagas pridedant dalelių, ūsų ir pluoštų, labai pagerino keramikos tvirtumą.
Keraminės matricos kompozitai pasižymi dideliu stiprumu, dideliu moduliu, mažu tankiu, atsparumu aukštai temperatūrai, atsparumu dilimui ir korozijai, geru kietumu ir buvo naudojami greitaeigiuose pjovimo įrankiuose ir vidaus degimo variklio komponentuose. Tačiau šios rūšies medžiaga kuriama palyginti vėlai, o jos potencialas dar turi būti toliau plėtojamas. Tyrimų tikslas yra taikyti jį aukštai temperatūrai ir dilimui bei korozijai atsparioms medžiagoms, pvz., patobulintoms didelės galios vidaus degimo variklių turbinoms, aviacijos ir erdvėlaivių šiluminiams komponentams ir transporto priemonių varikliams, o ne metalams, naftos chemijos konteineriams. , atliekų deginimo įranga ir kt.
Kalbant apie keramiką, žmonės natūraliai galvoja apie jos trapumą. Prieš daugiau nei dešimt metų, jei jis buvo naudojamas kaip laikančioji dalis inžinerijos srityje, niekam buvo neįmanoma jo priimti. Iki šiol, kai kalbama apie keramines kompozicines medžiagas, kai kurie žmonės gali būti neaiškūs, manydami, kad keramika ir metalai iš pradžių yra dvi nereikšmingos medžiagos. Tačiau nuo tada, kai žmonės sumaniai derino keramiką ir metalus, žmonių supratimas apie šią medžiagą iš esmės pasikeitė – tai yra keraminės matricos kompozitai.
Keraminė matricinė kompozitinė medžiaga yra labai perspektyvi nauja konstrukcinė medžiaga aviacijos pramonėje, ypač taikant aviacinių variklių gamybą, ji vis labiau parodo savo unikalumą. Be lengvo svorio ir didelio kietumo privalumų, keraminės matricos kompozitai taip pat turi puikų atsparumą aukštai temperatūrai ir atsparumą korozijai. Šiuo metu keraminės matricos kompozitai savo atsparumu aukštai temperatūrai pralenkė metalines karščiui atsparias medžiagas, pasižymi geromis mechaninėmis savybėmis ir cheminiu stabilumu. Jie yra idealios ir puikios medžiagos didelio našumo turbininių variklių aukštos temperatūros srityse.
paveikslėlį
Pasaulio šalys daugiausia dėmesio skiria silicio nitridu ir silicio karbidu sustiprintos keramikos tyrimams, kad atitiktų naujos kartos pažangių variklių medžiagų reikalavimus.
medžiagų, ir padarė didelę pažangą, ypač modernių aviacinių variklių srityje. Pavyzdžiui, amerikietiškos patikros mašinos F120 variklis, jo aukšto slėgio turbinos sandarinimo įtaisas ir kai kurios aukštoje temperatūroje veikiančios degimo kameros dalys yra pagaminti iš keraminių medžiagų. Kitas pavyzdys – prancūziško M88-2 variklio degimo kamera ir antgalis taip pat naudoja keraminės matricos kompozitus.
5
Naujos intermetalinių junginių medžiagos
Kas yra intermetaliniai junginiai? Metalų ir metalų arba metalų ir metaloidų junginiai (tokie kaip H, B, N, S, P, C, Si ir kt.). Dviejų metalų atomai yra sujungti tam tikra proporcija, kad susidarytų lydinio kompozicija, kuri skiriasi nuo pradinių dviejų kristalų gardelių. Intermetaliniai junginiai yra naujos medžiagos, kurios sulaukė didelio dėmesio.
paveikslėlį
Tiesą sakant, didelio našumo, didelio traukos ir svorio santykio aerovariklių kūrimas paskatino intermetalinių junginių kūrimą ir pritaikymą. Tarpmetaliniai junginiai paprastai yra junginiai, sudaryti iš dvejetainių, trijų ar kelių elementų metalo elementų. Intermetaliniai junginiai turi didelį potencialą aukštoje temperatūroje. Jis turi aukštą eksploatavimo temperatūrą, specifinį stiprumą, šilumos laidumą, o ypač aukštoje temperatūroje, jis taip pat turi gerą atsparumą oksidacijai, atsparumą korozijai ir didelį valkšnumo stiprumą. . Be to, kadangi intermetalinis junginys yra nauja medžiaga tarp superlydinio ir keraminės medžiagos, jis užpildo tarpą tarp dviejų medžiagų, todėl tampa viena iš idealių medžiagų aukštos temperatūros aviacinių variklių komponentams.
Pasaulinėje aviacinių variklių struktūroje moksliniai tyrimai ir plėtra daugiausia orientuota į intermetalinius junginius, tokius kaip titanas-aliuminis ir nikelis-aliuminis. Šių titano aliuminio junginių tankis iš esmės toks pat kaip titano, tačiau jų eksploatavimo temperatūra yra aukštesnė. Pavyzdžiui, TiAl darbinė temperatūra yra atitinkamai 816 laipsnių ir 982 laipsniai. Intermetalinis junginys turi stiprų ryšį tarp atomų ir sudėtingą kristalų struktūrą, todėl jis sunkiai deformuojasi, o kambario temperatūroje jis yra kietas ir trapus. Po ilgus metus trukusių eksperimentinių tyrimų buvo sėkmingai sukurtas naujo tipo lydinys, pasižymintis aukštu temperatūriniu stiprumu, plastiškumu ir kietumu kambario temperatūroje, jis buvo sumontuotas ir naudojamas, o poveikis yra labai geras. Pavyzdžiui, didelio našumo F119 variklis JAV naudoja intermetalinius junginius korpuse ir turbinos diskuose, o patikros mašinos F120 variklio kompresoriaus mentėse ir diskuose naudojami nauji titano-aliuminio intermetaliniai junginiai.
6
dervos matricos kompozitai
Kas yra dervos matricos kompozitai? Tai pluoštu sutvirtinta medžiaga, pagaminta iš organinio polimero, dažniausiai naudojant pluošto sutvirtinimus, tokius kaip stiklo pluoštas, anglies pluoštas, bazalto pluoštas arba aramido pluoštas. Kompozitinės medžiagos iš dervos yra plačiai naudojamos aviacijos, automobilių ir jūrų pramonėje.
paveikslėlį
Kompozitinių medžiagų dervos matrica daugiausia yra termoreaktyvi derva. Jau 1940-aisiais stiklo pluoštu sustiprintas plastikas buvo naudojamas kaip naikintuvų ir bombonešių aptakai. Septintajame dešimtmetyje JAV naudojo boro pluoštu sustiprintą epoksidinę dervą kaip vairus, horizontalius stabilizatorius, sparnų galinius kraštus, vairo dureles ir kt. kariniuose orlaiviuose, tokiuose kaip F-4 ir F-111. Kalbant apie raketų gamybą, šeštojo dešimtmečio pabaigoje JAV vidutinio nuotolio povandeninės raketos „Polaris A-2“ antros pakopos kietojo raketinio variklio korpuse buvo naudojamos stiklo pluoštu sustiprintos epoksidinės dervos apvijų dalys, kurios yra geresnės. nei plieniniai korpusai. 27 procentais lengvesnis; vėliau „Polaris A-3“ buvo naudojamas ne įprasto stiklo pluošto, o didelio našumo stiklo pluoštas, dėl kurio korpuso svoris buvo 50 procentų lengvesnis nei plieno korpuso, todėl „Polaris A{{“ 12}}" raketa buvo pakeista iš 2700 tūkstančių metrų padidinta iki 4500 km. Aštuntajame dešimtmetyje epoksidinės dervos sutvirtinimui vietoj stiklo pluošto buvo naudojamas aramido pluoštas, o stiprumas labai pagerėjo, o svoris sumažėjo. Anglies pluoštu sustiprinti epoksidinės dervos kompozitai plačiai naudojami orlaiviuose, raketose, palydovuose ir kitose konstrukcijose.
Dervos pagrindu pagamintų kompozicinių medžiagų panaudojimo aviaciniuose turboventiliatoriuose tyrimai pradėti 1950 m. Po daugiau nei 60 metų plėtros GE, PW, RR, MTU, SNECMA ir kitos įmonės investavo daug energijos į dervos pagrindu pagamintų kompozitinių medžiagų tyrimus ir plėtrą ir padarė didelę pažangą, o jos inžinerija buvo taikomas aktyviųjų aviacijos turboventiliatorių varikliams, ir yra tendencija toliau plėsti jo taikymą.
Dervos matricos kompozitų eksploatavimo temperatūra paprastai neviršija 350 laipsnių. Todėl dervos matricos kompozitai dažniausiai naudojami šaltajame aviacinių variklių gale.
7
metalo matricos kompozitai
Kas yra metalo matricos kompozitai? Tai kompozicinė medžiaga, dirbtinai derinama su metalu ir jo lydiniu kaip matrica ir vienu ar keliais metaliniais ar nemetaliniais sutvirtinimais. Dauguma jo armuojančių medžiagų yra neorganiniai nemetalai, pavyzdžiui, keramika, anglis, grafitas ir boras ir kt., taip pat gali būti naudojamos metalinės vielos. Kartu su polimerinės matricos kompozitais, keraminės matricos kompozitais ir anglies/anglies kompozitais jis sudaro modernią kompozitinę sistemą.
paveikslėlį
Metalo matricos kompozitinių medžiagų savybės: mechanikos požiūriu jos turi didelį skersinį ir šlyties stiprumą, geras visapusiškas mechanines savybes, tokias kaip tvirtumas ir nuovargis, taip pat turi šilumos laidumą, elektros laidumą, atsparumą dilimui, mažą šiluminio plėtimosi koeficientą, gerą slopinimą. , nesugeria drėgmės ir nėra atsparus korozijai. Tokie pranašumai kaip senėjimas ir neteršimas. Pavyzdžiui, anglies pluoštu sustiprintų aliuminio kompozitinių medžiagų savitasis stiprumas yra 3–4 × 107 mm, o specifinis modulis – 6–8 × 109 mm. Pavyzdžiui, grafito pluoštu sustiprinto magnio specifinis modulis gali siekti 1,5 × 1010 mm, o jo šiluminio plėtimosi koeficientas yra beveik nulis.
Verta paminėti, kad, palyginti su dervos pagrindu pagamintomis kompozitinėmis medžiagomis, metalo pagrindo kompozitinės medžiagos pasižymi geru tvirtumu, nesugeria drėgmės ir gali atlaikyti palyginti aukštą temperatūrą. Metalo matricos kompozitų armuojantiems pluoštams priskiriami metaliniai pluoštai, tokie kaip nerūdijantis plienas, volframas, švinas, nikelio-aliuminio intermetaliniai junginiai ir kt.; keraminiai pluoštai, tokie kaip aliuminio oksidas, silicio oksidas, anglis, boras, silicio karbidas ir kt.
Metalo matricos kompozitų matricos medžiagos yra aliuminis, aliuminio lydinys, magnis, smakro ir smakro lydiniai, karščiui atsparūs lydiniai, deimantų lydiniai ir kt. Šiuo metu pagrindiniai pasirinkimai yra aliuminio lydinių, aliuminio lydinių ir geležies lydinių kompozicinės medžiagos. . Pavyzdžiui, SiC pluoštu sustiprintos Chin lydinio matricos kompozitai gali būti naudojami kompresoriaus mentėms gaminti. Anglies pluoštu arba aliuminio oksido pluoštu sustiprintos magnio arba magnio lydinio matricos kompozitai gali būti naudojami turboventiliatoriaus mentėms gaminti. Kitas pavyzdys – nikelio-chromo-aliuminio-iridžio pluoštu sustiprintos nikelio lydinio matricos kompozitai gali būti naudojami turbinų ir kompresorių sandarinimo elementams gaminti.
Be to, iš metalo matricos kompozitų užsienyje gaminami ventiliatorių korpusai, rotoriai, kompresorių diskai ir kitos dalys. Tačiau viena didžiausių problemų, susijusių su šios rūšies kompozicinėmis medžiagomis, yra ta, kad sutvirtinantis pluoštas ir matricinis metalas lengvai reaguoja, kad susidarytų trapi fazė, o tai pablogina medžiagos veikimą. Ypač kai jis naudojamas ilgą laiką aukštesnėje temperatūroje, sąsajos reakcija yra ryškesnė. Dabartinis sprendimas yra pridėti tinkamas dangas ant pluošto paviršiaus ir legiruoti matricinį metalą pagal skirtingus pluoštus ir skirtingus pagrindus, kad būtų sulėtinti sąsajos reakcija ir išlaikytas kompozicinės medžiagos veikimo patikimumas.
paveikslėlį
Variklio ventiliatoriaus mentėse naudojamos medžiagos
Variklio ventiliatoriaus mentė yra reprezentatyviausia ir labai svarbi turboventiliatoriaus variklio dalis, o turboventiliatoriaus variklio veikimas yra glaudžiai susijęs su jo plėtra. Palyginti su titano lydinio ventiliatoriaus mentėmis, dervos matricos kompozicinės medžiagos ventiliatoriaus mentės turi labai akivaizdų pranašumą mažinant svorį. Be akivaizdžių svorio mažinimo pranašumų, dervos pagrindu pagamintos kompozicinės ventiliatoriaus mentės po smūgio mažiau veikia ventiliatoriaus korpusą, todėl naudinga pagerinti ventiliatoriaus korpuso izoliaciją.
Pagrindiniai kompozitinių ventiliatorių menčių, skirtų komerciniam naudojimui užsienio šalyse, atstovai yra: GE90 serijos varikliai B777, GEnx varikliai B787 ir LEAP-X varikliai COMAC C919. Jau 1995 m. GE90-94B variklis su kompozitinės medžiagos ventiliatoriaus mentėmis buvo oficialiai pradėtas eksploatuoti komerciniais tikslais, o tai pažymėjo oficialų dervos pagrindu pagamintų kompozitinių medžiagų inžinerinio pritaikymo moderniuose didelio našumo aviaciniuose varikliuose įgyvendinimą. . Atsižvelgdama į aerodinamiką, didelio ir mažo ciklo nuovargio ciklus ir kitus veiksnius, GE sukūrė naują sudėtinę ventiliatoriaus mentę, skirtą tolesniam GE{10}}B varikliui.
XXI amžiuje didelis aviacinių variklių poreikis labai atsparių žalai kompozicinėms medžiagoms skatina tolesnę kompozicinių medžiagų technologijos plėtrą, todėl sunku patenkinti labai atsparių žalai medžiagų reikalavimus nuolat gerinant anglies pluošto kietumą. /epoksidinės dervos prepregai. Dėl to pradėjo atsirasti 3D austinės struktūros kompozicinės ventiliatoriaus mentės.
Variklio ventiliatoriaus korpuse naudojamos medžiagos
Variklio ventiliatoriaus korpusas yra didžiausia stacionari aviacinio variklio dalis, o jo svorio sumažinimas tiesiogiai paveiks aviacinio variklio traukos ir svorio santykį bei efektyvumą. Todėl užsienio pažangūs orlaivių variklių originalios įrangos gamintojai visada buvo įsipareigoję sumažinti svorį ir optimizuoti ventiliatoriaus korpuso struktūrą.
paveikslėlį
Variklio ventiliatoriaus gaubtams naudojamos medžiagos
Kadangi ventiliatoriaus gaubtas yra nepagrindinis laikantis komponentas, jis yra viena iš pirmųjų aviacinio variklio dalių, pagamintų iš kompozicinių medžiagų. Iš kompozicinių medžiagų pagamintas ventiliatoriaus gaubtas gali būti lengvesnis, supaprastinta apsaugos nuo apledėjimo struktūra, geresnis atsparumas korozijai ir didesnis atsparumas nuovargiui. Tokie kaip garsiosios RR kompanijos variklis RB211, PW įmonės PW1000G ir PW4000 naudoja dervos pagrindu pagamintas kompozicines medžiagas ventiliatoriaus dangteliams paruošti.
Palyginti su pagrindiniais lėktuvų variklių kompiuteriais, dervos pagrindu pagamintos kompozicinės medžiagos turi labai plačią pritaikymo erdvę aviacinių variklių nacelėse. Pasauliniai gamintojai dideliu mastu naudojo dervos pagrindu pagamintas kompozicines medžiagas projektavimo angose, gaubtuose, traukos reversuose ir triukšmą mažinančiose įdėklose. Medžiaga. Kalbant apie kitas dalis, dervos pagrindu pagamintos kompozicinės medžiagos taip pat skirtingu laipsniu naudojamos aviacinių variklių ventiliatorių bėgelių plokštėse, guolių sandarinimo dangteliuose ir dengiamosiose plokštėse.
