Kobber er en formbar, duktil og utmerket leder av varme og elektrisitet. Den brukes i ulike bransjer, inkludert elektro, konstruksjon, bil og rørleggerarbeid. Det er forskjellige kvaliteter og standarder for kobbermaterialer, og her er noen av dem:
I de siste årene, mens de fortsetter å ta hensyn til sikkerheten til fly og motorer, er det innenlandske og utenlandske luftfartssamfunnet også i økende grad bekymret for å spare ressurser, redusere kostnader, beskytte miljøet og andre problemer. På denne bakgrunn har den grønne luftfartsindustrien gjort visse fremskritt. Grønn luftfart dekker hele utviklings- og bruksprosessen for flydesign, produksjon, bruk, vedlikehold, pensjonering, utvinning, etc., som involverer tekniske felt inkludert grønne materialer, grønn produksjon, grønt vedlikehold, etc.
Det såkalte grønne materialet refererer til maksimering av ressursutnyttelse og minimering av brukskostnader og miljøpåvirkning under hele syklusen av materialdesign, råmaterialevalg, prosessering og produksjon, pakking og transport, bruk, gjenvinning og gjenbruk. Vårt land har begynt å kraftig utvikle ny materialteknologi, hver ny materialteknologi har blitt gjort til et gjennombrudd, ny materialforskning i luftfart har gjort gledelige prestasjoner. Når vi ser inn i fremtiden, vil nye luftfartsmaterialer bli utviklet i retning av flerbruk, høy ytelse, nye prosesser, lave kostnader og nye konsepter. Med forbedringen av Kinas uavhengige forsknings- og utviklingsnivå innen nye luftfartsmaterialer, må vi forbedre det tekniske nivået for grønne luftfartsmaterialer omfattende fra aspektene ved materialdesign, forberedelsesprosess, materialutvikling, resirkulering og andre aspekter, og i fellesskap. skape en bedre fremtid for grønn luftfart.
For det første nødvendigheten av å utvikle grønn luftfartsindustri
2021 er det første året av den 14. femårsplanen. Som kjerneposisjonen til hele den militære industrikjeden, forventes den nye materialsektoren å innlede et større utviklingsrom. Det 20. århundre er et århundre med rask utvikling av moderne vitenskap og teknologi, et av de viktige symbolene er de strålende prestasjonene mennesker har gjort innen luftfart og astronautikk. I det 21. århundre har romfartsindustrien vist et bredere perspektiv for utvikling, og romfartsaktiviteter på høyt eller ultrahøyt nivå har blitt hyppigere. De store prestasjonene til romfartsindustrien er uatskillelige fra utviklingen og gjennombruddet av romfartsmaterialteknologi. Materialer er grunnlaget og forløperen til moderne høyteknologi og industri, og er i stor grad forutsetningen for høyteknologiens gjennombrudd. Utviklingen av romfartsmaterialer spiller en sterk rolle i å støtte og garantere romfartsteknologien. I sin tur leder utviklingsbehovene til romfartsteknologi i stor grad og fremmer utviklingen av romfartsmaterialer. Det kan sies at fremdriften av materialer spiller en sentral støttende rolle i oppgraderingen av fly.
Luftfartsmateriell er ikke bare materialgarantien for utvikling og produksjon av luftfartsprodukter, men også det tekniske grunnlaget for oppgradering av luftfartsprodukter. Materialer spiller en viktig rolle i utviklingen av luftfartsindustrien og luftfartsprodukter. I det 21. århundre utvikler luftfartsmaterialer seg i retning av høy ytelse, høy funksjon, multifunksjon, struktur- og funksjonsintegrasjon, sammensatt, intelligent, lavpris- og miljøkompatibilitet.
I sin regjeringsarbeidsrapport fra 2022 foreslo tidligere premier Li Keqiang å kontinuerlig forbedre det økologiske miljøet, fremme grønn og lavkarbonutvikling, styrke forurensningskontroll og økologisk beskyttelse og restaurering, finne en balanse mellom utvikling og utslippsreduksjon og fremme harmonisk sameksistens mellom mennesket og naturen. I løpet av de siste årene, mens de fortsetter å ta hensyn til flysikkerheten, er det innenlandske og utenlandske luftfartssamfunnet også i økende grad bekymret for ressurssparing, kostnadsreduksjon, miljøvern og andre spørsmål. I denne sammenheng har grønn luftfart gjort visse fremskritt. Fly mot mer sikker og pålitelig, lettvekt, tøff, grønn utviklingsretning, stiller dermed høyere og høyere krav til materialer, men fremmer også flyet i flyhastighet, pålitelighet, lave kostnader, høy effektivitet og komfort og andre aspekter ved oppgraderingen . Under den nye industrielle situasjonen er utvikling av avanserte grønne materialer for luftfart og dets forberedelses- og prosesseringsteknologi av stor betydning for å støtte bærekraftig utvikling av kinesisk luftfartsindustri. Med et ord, drevet av den raske utviklingen av global moderne industri, er den grønne utviklingen av luftfartsmaterialer en uunngåelig trend og et presserende krav for økonomisk utvikling.
Ii. Forskningsfremgang av nye luftfartsmaterialer
Flymaterialer bestemmer til en viss grad kostnadene ved å produsere flykroppsstruktur. Siden Kinas luftfartsutstyr hovedsakelig ble introdusert i det tidlige stadiet, bruker det hovedsakelig utenlandsk materialsystem i materialvalget. De siste årene har Kina begynt å utvikle ny materialteknologi kraftig, og den nye materialteknologien har gjort kontinuerlige gjennombrudd, og forskningen på nye luftfartsmaterialer har også gjort gledelige prestasjoner. Imidlertid er det fortsatt et stort gap mellom det overordnede nivået for luftfartsindustrien for nye materialer og det internasjonale avanserte nivået.
(A) Titanlegering: utmerkede egenskaper til "universalmetallet"
Titan har egenskapene til lav egenvekt og høy spesifikk styrke, og legeringen er av stor betydning for å øke skyvevektforholdet til fly i romfartsfeltet, og har blitt mye brukt de siste årene. I tillegg til militære og romfartsfelt, er titanlegering også mye brukt innen kjemisk, metallurgi, medisinsk, sport og fritid og andre felt.
Utviklingsstatus for titanlegeringsmaterialer for luftfart i utlandet
1) Høytemperatur titanlegering: høytemperatur titanlegering brukes hovedsakelig i flyklaff glideskinne, lagerhus, brakett, motordeksel, kompressorskive og blad, foringsrør og andre strukturelle rammedeler. Disse komponentene krever høy spesifikk styrke, utmattelsesstyrke, krypemotstand og strukturell stabilitet ved 300 ~ 600 grader. For tiden, på vegne av det internasjonale avanserte nivået av høytemperatur titanlegeringsmerker inkluderer hovedsakelig USA Ti-6242S, Ti-1100, IMI834, Russlands BT36 og så videre.
2) Titanlegering med høy styrke: Titanlegering med høy styrke refererer vanligvis til strekkstyrken til mer enn 1000 MPa titanlegering, hovedsakelig brukt til å erstatte det høyfaste strukturelle stålet som vanligvis brukes i flystrukturer, kan oppnå 10 prosent vektreduksjon. For tiden er titanlegeringene med høy styrke som brukes i fly hovedsakelig titanlegeringer av typen titanlegeringer, representative for de viktigste Ti-1023, BT22, Ti-153, -21S og så videre.
3) Flammehemmende titanlegering: For tiden er de typiske flammehemmende titanlegeringene legering C i USA og BTT-1 i Russland. Legering C (Ti-35V-15Cr), utviklet i USA, er en titanlegering av typen titan med god høytemperaturstyrke og oksidasjonsmotstand. Den har blitt brukt på høytrykkskompressorhuset, ledevingen og vektor-hale-dysen til Fl19-motoren. Ti-Cu-Al BTT-1 flammehemmende titanlegering utviklet i Russland har god termisk bearbeidbarhet og har blitt brukt i motorkompressorhus og kniver.
Utviklingsstatus for titanlegeringsmaterialer for innenlands luftfart
1) Høytemperatur titanlegering: Ti-60 legering er en 600 graders høytemperatur titanlegering uavhengig utviklet av vårt land. Legeringen er basert på TAl2 (Ti-55)-legering som tilsetter Al, Sn, Si-elementer med passende innhold, for å ytterligere forbedre den termiske stabiliteten, høytemperaturkrypingen og høytemperaturoksidasjonsmotstanden til legeringen.
2) Strukturell titanlegering med høy styrke: Et parti med strukturell titanlegering med høy styrke ble utviklet uavhengig på 1970- til 1990-tallet. Styrken til disse titanlegeringene kan nå nivået på 1100-1300MPa. På begynnelsen av det 21. århundre er det to typer representativ beta titanlegering: ① nesten titan Ti-B18, strekkstyrke kan nå 1150 ~ 1350MPa; ② Metastabil titanlegering Ti-B20, strekkstyrke opp til 1200 ~ 1600MPa.
3) Flammehemmende titanlegering: Kina har gjennom årene utført grundig forskning på flammehemmende titanlegering. Med henvisning til AlloyC-legering, ble Ti-V-Cr-Al, Ti-Mo-Cr-Al, Ti-Mo-V-Cr-Al3-seriene av flammehemmende titanlegeringer designet henholdsvis, og anti-forbrenningsmekanismen ble studert ved hjelp av av datasimulering. I tillegg ble TF1 (Ti-V-Cr-C-serien) og TF2 (Ti-Cu-serien) flammehemmende titanlegeringer designet etter systematisk analyse av forskjellige systemer i USA, Storbritannia og Russland. Ti-40 (Ti-V-Cr-Si)-legering er en flammehemmende titanlegering av typen flammehemmende titanlegering uavhengig utviklet i Kina. Sammenlignet med konvensjonell titanlegering har Ti-40-legering utmerkede flammehemmende og mekaniske egenskaper. For tiden har legeringsforskningen utviklet seg fra laboratorieskala til semi-industriell skala, har vært i stand til å forberede Ti40 tonn ingot, stor størrelse bar og ring smiing.
På grunn av den sene starten av den innenlandske luftfartsindustrien, er forbruket av titan og titanlegeringsmaterialer i det innenlandske luftfartsfeltet ikke stort, titanmaterialer brukt i luftfartsfeltet utgjorde mindre enn 20 prosent, langt under det internasjonale gjennomsnittsnivået på rundt 50 prosent , og titanindustrien sammenlignet med utviklede land er det fortsatt et stort gap: For det første er high-end titanlegeringsprodukter fortsatt hovedsakelig imitasjon, nivået av materialutvikling er lavt, bruksområdet er smalt, høy omfattende ytelse og lav- kostnadsutvikling av titanlegering er for det meste i laboratoriestadiet; For det andre er kvaliteten på metallurgi ikke stabil, færre varianter, ufullstendige spesifikasjoner; For det tredje er forskningsfremgangen for relaterte støtteteknologier sakte, og det egenutviklede materialsystemet i titanlegering må forbedres.
(2) Superlegering: fokus på behovene til militære motorer
Superlegering, for høy temperatur
Tradisjonelt stål mykner over 300 grader Celsius og tåler ikke høye temperaturer. For å oppnå høyere energikonverteringseffektivitet trenger feltet for termisk motorkraft høyere og høyere arbeidstemperatur. Som et resultat har superlegeringer blitt avlet for å fungere stabilt ved temperaturer over 600 grader Celsius, og teknologien fortsetter å forbedre seg.
Superlegeringer deles inn i jernbaserte superlegeringer og nikkelbaserte superlegeringer i henhold til hovedelementene i legeringen. I følge Zhiyan Consulting, delt på produktprosess i 2018, utgjorde produksjonen av nikkelbasert superlegering 80 prosent, jernbasert superlegering 14,3 prosent og koboltbasert superlegering 5,7 prosent.
Superlegering er nøkkelmaterialet til flymotorer. Superlegering har blitt brukt i flymotorer siden fødselen og er et viktig materiale for produksjon av romfartsmotorer. Motorens ytelsesnivå avhenger i stor grad av ytelsesnivået til superlegeringsmaterialet. I moderne flymotorer utgjør mengden superlegeringsmateriale 40 prosent ~ 60 prosent av motorens totale vekt. Den brukes hovedsakelig i fire varmekomponenter: forbrenningskammer, guide, turbinblad og turbinskive. I tillegg brukes den også i foringsrør, ringdeler, etterbrenner og haledyse.
Den kinesiske høytemperaturlegeringsindustrien er for tiden i vekstperioden, og industrikjedebedriftene har bred utviklingsplass i fremtiden. Antallet superlegeringsproduksjonsbedrifter i Kina er begrenset, og produksjonsnivået henger etter USA, Russland og andre land. Imidlertid har produksjonskapasiteten og produksjonsverdien blitt betydelig forbedret de siste årene. Mange produksjonskapasitetsprosjekter for superlegeringer av Lianshi Aviation, Western Superconductor og andre selskaper er under konstruksjon og satt i drift.
Egenskapene til superlegering for flymotorer utvikler seg kontinuerlig
1) Jernbasert superlegering: en av egenskapene til kinesisk superlegeringssystem.
På grunn av mangelen på nikkel og lite kobolt i kinesiske ressurser, ble utvikling, produksjon og bruk av jernbasert superlegering en strålende scene på 1960- og 1970-tallet.
Jernbaserte superlegeringer brukes vanligvis i motordeler med lave driftstemperaturer (600~850 grader C), slik som turbinskiver, foringsrør og aksler. Fe-basert superlegering har imidlertid gode mekaniske egenskaper ved middels temperatur, sammenlignbare med eller bedre enn tilsvarende nikkelbaserte legeringer. Dessuten er den billig og lett å deformere ved varmbearbeiding. Derfor er Fe-basert superlegering fortsatt mye brukt som turbinskive og turbinbladmaterialer innen middels temperatur.
2) Nikkelbasert superlegering: deformasjon/støping/ny legering oppgradering etter generasjon.
Nikkelbaserte superlegeringer fungerer vanligvis under visse spenningsforhold over 600 grader. De har ikke bare god oksidasjonsmotstand og korrosjonsbestandighet ved høy temperatur, men har også høy temperaturstyrke, krypestyrke og varig styrke, samt god tretthetsbestandighet. Den brukes hovedsakelig i romfartsfeltet for strukturelle komponenter som arbeider under høye temperaturforhold, for eksempel arbeidsblader, turbinskiver, forbrenningskamre til flymotorer, etc.
I henhold til produksjonsprosessen kan nikkelbasert superlegering deles inn i variabel legering, støpe superlegering, ny superlegering. Nikkelbasert støpt superlegering brukes hovedsakelig i turbinstyreblader i motorer, hvor driftstemperaturen kan nå mer enn 1100 grader, eller kan også brukes i turbinblader, hvis temperatur er lavere enn tilsvarende ledeblad 50-100 grad .
Ettersom den varmebestandige legeringsarbeidstemperaturen er høyere og høyere, blir de styrkende elementene i legeringen mer og mer, sammensetningen er mer kompleks, noe som resulterer i at noen legeringer bare kan brukes i støpt tilstand, kan ikke være varmbearbeidende deformasjon. I tillegg gjør økningen av legeringselementer sammensetningssegregeringen av nikkelbasert legering alvorlig etter størkning, noe som resulterer i ujevn mikrostruktur og egenskaper. Bruk av pulvermetallurgi-prosess for å produsere superlegering kan løse problemene ovenfor. Fordi pulverpartikkelen er liten, er kjølehastigheten høy når pulveret lages, segregeringen er eliminert, den varme bearbeidbarheten er forbedret, legeringen som bare kan støpes endres til deformasjonssuperlegeringen som kan varmebearbeides, flytegrensen og utmattelsesegenskapene er forbedret, har pulversuperlegeringen produsert en ny måte for produksjon av legeringer med høyere styrke. Pulver-superlegering brukes hovedsakelig til produksjon av turbinskive av avansert flymotor med høyt skyveforhold, og også i produksjon av kompressorskive, turbinaksel, turbinbaffel og andre høytemperatur-hot-end-deler av avansert flymotor.
3) koboltbasert superlegering: korrosjonsmotstand og andre spesialfelt har brede utsikter.
Oksydasjonsmotstanden til koboltbasert superlegering er dårlig, men dens termiske korrosjonsmotstand er bedre enn nikkel. Koboltbasert superlegering har også sterkere høytemperaturstyrke, termisk korrosjonsmotstand, termisk tretthet og krypemotstand enn nikkelbasert superlegering, som er egnet for produksjon av gassturbinstyreblader og dyser.
På grunn av begrensede ressurser er koboltbaserte legeringer som K40, GH188 og L605 utviklet i vårt land. Siden 2001 har GEs forskning innen koboltbaserte superlegeringer fokusert på å bruke koboltbaserte superlegeringer som substratmaterialer for gassturbiner og forberede belegg som termiske barrierebelegg på overflaten av legeringene for å forbedre korrosjonsbestandigheten.
På grunn av materielle begrensninger er kobolt relativt sjeldent og dyrt på jorden. For tiden har varmen fra koboltbasert forskning avtatt, og mange vitenskapelige undersøkelser forblir i det teoretiske stadiet, for eksempel digitalt modelleringseksperiment.
Den første generasjonen av militærflylegering, motor med høytemperaturlegering eller gå inn i den raske volumperioden
Temperaturkravene til motoren øker. Et høyt skyvekraft-til-vektforhold krever høyere dysetemperatur og en materialstøtte ved høyere driftstemperatur. I utviklingen av superlegering i verden har motorblad- og skivematerialer opplevd fire stadier, nemlig deformasjon, støping, orientering og enkeltkrystall. Temperaturen økes gradvis fra 600 grader til mer enn 1100 grader.
Oppgraderingen av militære fly har blitt ledsaget av oppgradering av superlegeringer. Kjernematerialet til den første generasjons turbofanmotoren er deformert superlegering, og arbeidstemperaturen til kjernematerialet er 650 grader. Ved fjerde generasjons turbofanmotor har arbeidstemperaturen til kjernematerialet nådd 1200 grader, og enkrystall-superlegeringen er tatt i bruk. Oppgraderingen av militære fly har blitt ledsaget av oppgraderingen av superlegering, kjernematerialet i motoren. Oppgraderingen av superlegering trenger forskning