钛合金是一种重要的新型结构材料,具有强度高、耐蚀性好、耐热性强等特点。钛合金主要用于飞机及发动机的制造材料,如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、发动机罩、排气装置等零件以及飞机的大梁隔框等结构框架件。 俄罗斯VSMPO-AVISMA公司与英国罗尔斯·罗伊斯公司(简称罗罗公司)签订了3.0亿美元的合同,合同有效期将至2025年。VSMPO-AVISMA公司将向罗罗公司供应各类钛加工材及半成品,主要包括钛合金盘件、环件等。 2013年6月29日,英国罗罗(Rolls-Royce)航空发动机公司在沈阳举行隆重仪式,向中国科学院金属研究所颁发钛铝母合金供方质量认证证书,金属所从而成为全球首家通过罗罗公司该项认证的机构。 高温合金 在现代先进的航空发动机中,高温合金材料用量占发动机总量的40%-60%。在航空发动机上,高温合金主要用于燃烧室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘四大热段零部件,其中铸造高温合金主要用于导向叶片和涡轮叶片,粉末冶金高温合金主要用于涡轮盘,变形高温合金主要用于燃烧室;此外,高温合金还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。
涡扇发动机要达到更大推力、更低的油耗,首要的是提高增压比、提高热效率,涡轮前温度是衡量热效率的一个重要指标,对材料的承温能力要求也因此逐渐提高。为满足材料承温能力和力学性能的要求,高温合金在成分和工艺上不断研发改善,已经经历了从等轴晶,到柱状晶,再到单晶的发展历程。 目前,全球每年消费高温合金材料近28 万吨,市场规模达100 亿美元。全球范围内能够生产航空航天用高温合金的企业不超过50 家,主要集中在美国、俄罗斯、英国、法国、德国、日本和中国。发达国家一般将涉及航空航天应用领域的高温合金产品作为战略军事物资,很少出口。 英国的铸造合金技术世界领先,代表性的是国际镍公司的Nimocast合金,后来罗罗公司又研制了定向凝固和单晶合金SRR99、SRR2000和SRR2060 等,其研制的高温合金主要用在航空发动机制造方面。 特殊钢 特殊钢可依需求用在航空发动机低压转子的轮盘和叶片上,对于应用条件较好的发动机,高压转子的轮盘和叶片可用耐热钢制造。发动机的前机匣也可用钢或钛合金制造。 宝钢特材成功冶炼供罗尔斯·罗伊斯公司的首炉发动机材料用钢,各项性能指标均满足用户要求。宝钢特钢先后通过了罗罗公司的质量管理体系审核,产品、技术的评审,现场危害性评估检查的改进和完善,已成功成为英国罗罗公司的合格供应商名录中的一员。 复合材料 尽管罗罗认为其空心钛风扇叶片仍然具有竞争力,但随着风扇直径的日益增大和材料经济性不断提升,“是时候使用复合材料风扇了”,新材料的使用预计会让每台发动机的重量减轻750磅。UltraFan发动机还将采用可变距叶片技术,新型超薄短舱设计等全新技术。UltraFan发动机中压涡轮的旋转部件将采用钛铝合金材料,而燃烧室喷嘴等静止部件将采用陶瓷基复合材料(CMC)。 其实早在2008年,罗尔斯·罗伊斯公司就开始布局复合材料在航空发动机上的应用研发,它和 GKN Aerospace 公司成立了一家合资公司,研发复合材料在航空发动机风扇叶片中的应用。 罗罗公司的“Advance”和“UltraFan”发动机将采用碳纤维/钛风扇叶片,同时在高温组件中使用陶瓷基复合材料。 (责任编辑:本港台直播) |