Il-manifattura tal-avjazzjoni hija l-aktar qasam ikkonċentrat ta 'teknoloġija għolja u tappartjeni għal teknoloġija avvanzata tal-manifattura. Pereżempju, il-magna F119 żviluppata minn Pratt & Whitney tal-Istati Uniti, il-magna F120 ta 'General Electric Company, il-magna M88-2 ta' SNECMA Company ta 'Franza, u l-magna EJ200 żviluppata b'mod konġunt mir-Renju Unit, il-Ġermanja , l-Italja u Spanja. Ta’ min isemmi li dawn l-aero-magni li jirrappreżentaw l-aktar livell avvanzat fid-dinja għandhom karatteristika komuni li jużaw materjali ġodda, proċessi ġodda u teknoloġiji ġodda. Is-seba’ materjali ġodda użati huma introdotti rispettivament kif ġej:
1
Kompost tal-Karbonju/Karbonju
X'inhuma l-komposti tal-karbonju/karbonju? Huwa materjal kompost tal-matriċi tal-karbonju rinfurzat bil-fibra tal-karbonju u d-drapp tiegħu, b'densità baxxa (<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.
Għalkemm il-komposti tal-karbonju/karbonju għandhom ħafna proprjetajiet eċċellenti ta 'temperatura għolja, jgħaddu minn reazzjonijiet ta' ossidazzjoni f'ambjent aerobiku b'temperatura ogħla minn 400 grad, li jirriżulta fi tnaqqis qawwi fil-proprjetajiet tal-materjal. Għalhekk, l-applikazzjoni ta 'komposti tal-karbonju/karbonju f'ambjenti aerobiċi b'temperatura għolja għandu jkollha miżuri ta' protezzjoni mill-ossidazzjoni. Il-protezzjoni mill-ossidazzjoni tal-komposti tal-karbonju/karbonju hija prinċipalment permezz taż-żewġ modi li ġejjin, jiġifieri, il-modifika tal-matriċi u l-passivazzjoni tal-punti attivi tal-wiċċ jistgħu jintużaw biex jipproteġu l-komposti tal-karbonju/karbonju f'temperaturi aktar baxxi; hekk kif it-temperatura tiżdied, Il-metodu tal-kisi għandu jintuża biex iżola l-materjal kompost tal-karbonju/karbonju minn kuntatt dirett mal-ossiġnu, sabiex jinkiseb l-iskop tal-protezzjoni mill-ossidazzjoni. Fil-preżent, il-metodu tal-kisi huwa l-aktar metodu użat. Bl-avvanz kontinwu tax-xjenza u t-teknoloġija, hemm aktar u aktar dipendenza fuq il-prestazzjoni tat-temperatura ultra-għolja ta 'materjali komposti tal-karbonju/karbonju, u l-unika soluzzjoni ta' protezzjoni tal-ossidazzjoni fattibbli taħt kundizzjonijiet ta 'temperatura ultra-għolja tista' tkun biss protezzjoni tal-kisi. .
Ta 'min isemmi li materjali komposti bbażati fuq C/C huma materjal ġdid b'reżistenza għat-temperatura ogħla li rċieva l-aktar attenzjoni fid-dinja f'dawn l-aħħar snin. Minħabba li l-materjali komposti C/C biss huma kkunsidrati bħala l-uniċi materjali suċċessuri għax-xfafar tar-rotor tat-turbini bi proporzjon tal-ispinta għall-piż ta 'aktar minn 20 u temperatura tad-dħul tal-magna ta' 1930-2227 grad . L-ogħla għan strateġiku segwit minn pajjiżi industrijali avvanzati.
L-hekk imsejjaħ materjal kompost ibbażat fuq C/C huwa materjal kompost bażiku tal-karbonju rinfurzat bil-fibra tal-karbonju, li jgħaqqad il-proprjetajiet refrattarji tal-karbonju mal-qawwa għolja u riġidità għolja tal-fibra tal-karbonju, li jagħmilha mhux fraġli. Minħabba li materjali komposti bbażati fuq C/C għandhom piż ħafif, saħħa għolja, stabbiltà termali superjuri u konduttività termali eċċellenti, illum huma l-aktar materjali ideali reżistenti għat-temperatura għolja, speċjalment f'ambjenti ta 'temperatura għolja ta' 1000-1300 grad C Mhux biss is-saħħa ma naqsitx, iżda setgħet tiżdied. Speċjalment meta tkun taħt l-1650 grad, xorta żżomm is-saħħa u l-grazzja f'temperatura tal-kamra. Għalhekk, komposti bbażati fuq C/C għandhom potenzjal kbir ta 'żvilupp fil-manifattura aerospazjali.
Ta 'min isemmi li waħda mill-problemi ewlenin ta' materjali komposti bbażati fuq C/C fl-applikazzjoni ta 'magni ta' l-ajru hija reżistenza fqira ta 'ossidazzjoni. Għalhekk, f'dawn l-aħħar snin, l-Istati Uniti adottaw serje ta 'miżuri teknoloġiċi biex issolvi din il-problema, u gradwalment Applikat għall-magna l-ġdida. Pereżempju, iż-żennuna tad-denb tal-afterburner fuq il-magna F119 Amerikana, iż-żennuna u ż-żennuna tal-kamra tal-kombustjoni tal-magna F100, u xi partijiet tal-kamra tal-kombustjoni tal-magna tal-verifika F120 saru minn materjali komposti bbażati fuq C/C. Eżempju ieħor huwa l-magna M88-2 Franċiża, u l-virga ta 'l-injezzjoni tal-fjuwil ta' wara l-ħruq, l-ilqugħ tas-sħana, u ż-żennuna tal-magna Mirage 2000 jużaw ukoll materjali komposti bbażati fuq C/C.
2
Materjal ġdid ta 'azzar ta' saħħa ultra-għolja
X'inhu Ultra High Strength Steel? F'nofs -1940s, l-Istati Uniti żviluppaw azzar Cr-Mo (AISI4130) u azzar Cr-Ni-Mo (AISI 4340). Wara t-tifi u t-tempra b'temperatura baxxa, is-saħħiet tat-tensjoni kienu 170 u 190kgf/mm2 rispettivament. Fil-bidu tas-snin 50, Si u V ġew miżjuda ma 'l-azzar AISI 4340 biex jagħmlu 300M b'saħħa tat-tensjoni ta' 190 ~ 210kgf/mm2. Fl-1960, l-International Nickel Company għamlet azzar maraging b'saħħa tat-tensjoni ta 'madwar 180kgf/mm2, toughness tal-ksur sa 390kgf/mm. Fis-snin sebgħin, l-Istati Uniti naqqsu C u żiedu s-Si fuq il-bażi ta '300M, tejbu t-toughness, u żviluppaw f'azzar HP310; fuq il-bażi ta 'l-azzar maraging, żviluppat f'azzar AF1410, b'saħħa tat-tensjoni ta' 170kgf/mm2 u toughness tal-ksur ta '400kgf/mm2 mm.
stampa
Ta 'min jinnota li l-azzar ultra-għoli għandu jkollu saħħa tensili għolja u jżomm toughness suffiċjenti. Jeħtieġ ukoll qawwa speċifika kbira (proporzjon ta 'saħħa għad-densità) u proporzjon ta' rendiment għoli (σs/σb) biex jitnaqqas il-piż tal-komponent , u għandu jkollu weldjabbiltà tajba u formabbiltà u proprjetajiet oħra tal-proċess. L-azzar ta 'qawwa ultra-għolja għandu rekwiżiti għoljin ħafna fuq il-kwalità metallurġika, u ħafna drabi huwa mdewweb permezz ta' forn b'ark elettriku u tidwib mill-ġdid tal-elettrogagazza. It-tipi ta 'azzar li jeħtieġu purità għolja huma l-aktar imdewweb fi fran ta' induzzjoni bil-vakwu jew fran b'ark elettriku konsumabbli bil-vakwu. Azzar ta 'qawwa ultra-għolja ta' liga medja u baxxa għandhom jiġu evitati mid-dekarburizzazzjoni waqt it-trattament bis-sħana; azzar maraging u azzar li ma jissaddadx li jwebbsu bil-preċipitazzjoni jistgħu jiġu ttrattati b'soluzzjoni solida fi fran ordinarji tat-tisħin. L-iwweldjar bil-gass protettiv jew l-iwweldjar bl-ark tat-tungstenu argon għandu jintuża għall-iwweldjar. Xi azzar b'qawwa ultra-għolja ta 'liga baxxa b'kontenut għoli ta' karbonju (madwar 0.4 fil-mija) għandhom jiġu ttemprati mit-tensjoni immedjatament wara l-iwweldjar.
Ta 'min isemmi li l-azzar ultra-għoli huwa użat bħala materjal għall-inżul fuq l-ajruplani. Pereżempju, it-tagħmir tal-inżul użat fl-ajruplan tat-tieni ġenerazzjoni huwa magħmul minn azzar 30CrMnSiNi2A b'saħħa tat-tensjoni ta '1700MPa. Dan it-tip ta 'tagħmir ta' l-inżul għandu ħajja qasira ta 'servizz ta' madwar 2000 siegħa ta 'titjira.
Eżempju ieħor huwa li d-disinn tal-ġett tal-ġlied tat-tielet ġenerazzjoni jeħtieġ li l-ħajja tat-tagħmir tal-inżul taqbeż il-5,000 sigħat ta' titjir. Fl-istess ħin, minħabba ż-żieda fit-tagħmir fl-ajru, il-koeffiċjent tal-piż tal-istruttura tal-inġenju tal-ajru jonqos, u jitqiegħdu rekwiżiti ogħla fuq l-għażla tal-materjali tal-irkaptu tal-inżul u t-teknoloġija tal-manifattura. Kemm l-Istati Uniti kif ukoll il-ġellieda tat-tielet ġenerazzjoni tagħna jużaw teknoloġija tal-manifattura tat-tagħmir tal-inżul tal-azzar 300M (saħħa tat-tensjoni 1950MPa).
Fil-fatt, it-titjib tat-teknoloġija tal-applikazzjoni tal-materjal qed jippromwovi l-estensjoni ulterjuri tal-ħajja tat-tagħmir tal-inżul u l-espansjoni tal-adattabilità. Pereżempju, it-tagħmir tal-inżul tal-ajruplan Ewropew Airbus A380 jadotta teknoloġija tal-forġa integrali super-kbar, teknoloġija ġdida ta 'trattament tas-sħana għall-protezzjoni tal-atmosfera u teknoloġija tal-isprejjar tal-fjammi b'veloċità għolja, sabiex il-ħajja tat-tagħmir tal-inżul tkun tista' tissodisfa r-rekwiżiti tad-disinn. Għalhekk, l-introduzzjoni ta 'materjali ġodda u tekniki ta' manifattura żgurat is-sostituzzjoni ta 'inġenji tal-ajru.
stampa
Kif nafu lkoll, id-disinn ta 'ħajja twila ta' inġenji tal-ajru f'ambjent reżistenti għall-korrużjoni jressaq rekwiżiti ogħla għall-materjali. Pereżempju, l-azzar AerMet100 għandu l-istess livell ta 'saħħa bħall-azzar 300M, iżda r-reżistenza għall-korrużjoni ġenerali tiegħu u r-reżistenza għall-korrużjoni tal-istress huma aħjar b'mod sinifikanti mill-azzar 300M. It-teknoloġija tal-manifattura tat-tagħmir tal-inżul li tqabbel ġiet applikata għal inġenji tal-ajru avvanzati bħal F/A-18E/F, F-22, u F-35. L-azzar Aermet310 ta 'saħħa ogħla għandu toughness aktar baxx tal-ksur u qed jiġi żviluppat u mtejjeb kontinwament. Ir-rata tat-tkabbir tax-xquq ta 'l-azzar AF1410 ta' saħħa ultra-għolja tolleranti għall-ħsara hija estremament bil-mod, li tista 'tintuża bħala l-ġonta ta' l-attwatur tal-ġwienaħ ta 'l-ajruplan B-1, li hija 10.6 fil-mija eħfef minn Ti -6Al-4V, b'żieda ta' 60 fil-mija fil-prestazzjoni tal-ipproċessar u tnaqqis ta' 30.3 fil-mija fl-ispiża . Pereżempju, l-ammont ta 'azzar li ma jissaddadx ta' saħħa għolja użat fl-Smig-1.42 tar-Russja huwa għoli daqs 30 fil-mija . PH13-8Mo huwa l-uniku azzar li ma jissaddadx li jwebbsu l-preċipitazzjoni martensitika ta 'qawwa għolja użat ħafna bħala komponenti reżistenti għall-korrużjoni. Azzar tal-irkaptu (bearings) ta' qawwa ultra-għolja ġew żviluppati wkoll internazzjonalment, bħal CSS-42L, Gearmet C69, eċċ., u ntużaw f'magni, ħelikopters u aerospazjali.
3
Materjal ta 'liga ta' temperatura għolja
X'inhuma l-materjali superliga? Ligi ta 'temperatura għolja huma attwalment maqsuma fi tliet tipi ta' materjali: materjali ta 'temperatura għolja ta' 760 grad, materjali ta 'temperatura għolja ta' 1200 grad u materjali ta 'temperatura għolja ta' 1500 grad, b'saħħa tensili ta '800MPa. Fi kliem ieħor, tirreferi għal materjali tal-metall b'temperatura għolja li jaħdmu għal żmien twil taħt 760-1500 grad u ċerti kundizzjonijiet ta 'stress. Il-karatteristiċi importanti tiegħu: għandu saħħa eċċellenti ta 'temperatura għolja, reżistenza tajba għall-ossidazzjoni u reżistenza għall-korrużjoni termali, prestazzjoni tajba għall-għeja, toughness tal-ksur u proprjetajiet komprensivi oħra, u saret materjal ewlieni insostitwibbli għall-partijiet hot end ta' magni tat-turbini tal-gass għal militari u ċivili użu mad-dinja kollha.
Materjali b'temperatura għolja ta '760 grad Sa mill-aħħar tas-snin tletin, il-Gran Brittanja, il-Ġermanja, l-Istati Uniti u pajjiżi oħra bdew jistudjaw is-superliga. Matul it-Tieni Gwerra Dinjija, sabiex jintlaħqu l-ħtiġijiet ta 'magni aeronawtiċi ġodda, ir-riċerka u l-użu ta' superliga daħlu f'perjodu ta 'żvilupp rapidu. Fil-bidu tas-snin erbgħin, ir-Renju Unit l-ewwel żied ammont żgħir ta 'aluminju u titanju mal-liga 80Ni-20Cr biex jiffurmaw 'fażi (gamma prime) għat-tisħiħ, u żviluppa l-ewwel liga bbażata fuq in-nikil b'għoli għoli -saħħa tat-temperatura. Matul dan il-perjodu, sabiex jintlaħqu l-ħtiġijiet tal-iżvilupp ta 'turbochargers għal magni tal-ajru bil-pistun, l-Istati Uniti bdew jużaw ligi bbażati fuq il-kobalt Vitallium biex jagħmlu xfafar.
stampa
Ta 'min isemmi li l-Istati Uniti żviluppat ukoll ligi Inconel ibbażati fuq in-nikil biex jagħmlu kmamar tal-kombustjoni għal magni bil-ġett. Aktar tard, sabiex itejbu aktar is-saħħa tat-temperatura għolja tal-liga, metallurgists żiedu elementi bħal tungstenu, molibdenu, u kobalt mal-liga bbażata fuq in-nikil biex iżidu l-kontenut ta 'aluminju u titanju, u żviluppaw serje ta' ligi, bħal bħala "Nimonic" fir-Renju Unit, u "Nimonic" fl-Istati Uniti. "Mar-M" u "IN", eċċ.; iżżid nikil, tungstenu u elementi oħra mal-ligi bbażati fuq il-kobalt biex tiżviluppa varjetà ta 'ligi ta' temperatura għolja, bħal X-45, HA-188, FSX-414, eċċ. Minħabba in-nuqqas ta 'riżorsi tal-kobalt, l-iżvilupp ta' superligi bbażati fuq il-kobalt huwa limitat.
Fl-1940, ġew żviluppati wkoll superligi bbażati fuq il-ħadid. Fis-snin ħamsin, dehru gradi bħal A-286 u Incoloy901, iżda minħabba stabbiltà fqira tat-temperatura għolja, l-iżvilupp kien bil-mod. L-ex Unjoni Sovjetika bdiet tipproduċi superligi bbażati fuq in-nikil tad-ditta "ЭИ" fl-1950, u aktar tard ipproduċiet serje "ЭП" ta 'superligi deformati u serje ЖС ta' superligi fondut. Fis-snin sebgħin, l-Istati Uniti adottaw ukoll proċess ta 'produzzjoni ġdid biex jimmanifatturaw xfafar ta' kristallizzazzjoni direzzjonali u diski tat-turbini tal-metallurġija tat-trab, u żviluppaw komponenti ta 'liga b'temperatura għolja bħal xfafar ta' kristall wieħed biex jissodisfaw il-ħtiġijiet taż-żieda kontinwa fit-temperatura tad-dħul ta 'aero -turbini tal-magni.
Superligi huma żviluppati biex jissodisfaw ir-rekwiżiti eżiġenti ħafna ta 'magni bil-ġett fuq materjali, u saru materjal ewlieni insostitwibbli għall-komponenti tat-tarf sħun tal-magni tat-turbini tal-gass militari u ċivili. F'magni tal-ajru avvanzati, il-proporzjon ta 'ligi ta' temperatura għolja laħaq aktar minn 50 fil-mija.
L-iżvilupp ta 'ligi ta' temperatura għolja huwa relatat mill-qrib mal-progress teknoloġiku tal-magni tal-ajru, speċjalment id-diska tat-turbini, il-materjal tax-xafra tat-turbini u l-proċess tal-manifattura tal-partijiet hot-end tal-magna huma simboli importanti tal-iżvilupp tal-magna. Minħabba r-rekwiżiti għoljin għar-reżistenza għat-temperatura għolja u l-kapaċità li ġġorr l-istress tal-materjal, il-liga Nimonic80 imsaħħa Ni3 (Al, Ti) ġiet żviluppata fil-jiem bikrija fir-Renju Unit, li ntuża bħala l-materjal għax-xafra tat-turbina tal- magna turbojet. Barra minn hekk, il-liga tas-serje Nimonic ġiet żviluppata kontinwament. L-Istati Uniti żviluppaw ligi bbażati fuq in-nikil imsaħħa bit-tixrid li fihom l-aluminju u t-titanju, bħas-serje ta 'liga Inconel, Mar-M u Udmit żviluppati mill-famuża Pratt & Whitney Company, GE Company u Special Metals Company rispettivament.
stampa
Fil-proċess ta 'żvilupp ta' superligi, il-proċess tal-manifattura għandu rwol kbir fil-promozzjoni tal-iżvilupp tal-ligi. Minħabba l-emerġenza tat-teknoloġija tat-tidwib bil-vakwu, it-tneħħija ta 'impuritajiet u gassijiet ta' ħsara fil-ligi, speċjalment il-kontroll preċiż tal-kompożizzjoni tal-liga, tejbet kontinwament il-prestazzjoni tas-superliga. B'mod partikolari, ir-riċerka b'suċċess ta 'teknoloġiji ġodda bħas-solidifikazzjoni direzzjonali, it-tkabbir ta' kristall wieħed, il-metallurġija tat-trab, il-liga mekkanika, il-qalba taċ-ċeramika, il-filtrazzjoni taċ-ċeramika u l-forġa iżotermali ppromwoviet l-iżvilupp mgħaġġel ta 'superliga. Fosthom, it-teknoloġija tas-solidifikazzjoni direzzjonali hija l-aktar prominenti. Il-liga ta 'kristall direzzjonali u waħda prodotta mill-proċess ta' solidifikazzjoni direzzjonali għandha temperatura ta 'servizz qrib id-90 fil-mija tal-punt tat-tidwib inizjali. Għalhekk, xfafar avvanzati tal-magni tal-ajru madwar id-dinja jużaw ligi direzzjonali u ta 'kristall wieħed biex jimmanifatturaw xfafar tat-turbini. Minn perspettiva globali, superligi fondut ibbażati fuq in-nikil iffurmaw kristalli ekwiassi, kristalli kolonni solidifikati b'mod direzzjonali u sistemi ta 'liga ta' kristall wieħed. Superligi tat-trab ġew żviluppati wkoll mill-ewwel ġenerazzjoni ta '650 grad sa 750 grad, diski tat-turbini tat-trab ta' 850 grad u diski tat-trab ta 'prestazzjoni doppja għal dawk il-magni avvanzati ta' prestazzjoni għolja.
4
komposti tal-matriċi taċ-ċeramika
X'inhuma l-Kompożiti tal-Matriċi taċ-Ċeramika? Huwa tip ta 'materjal kompost li juża ċ-ċeramika bħala matriċi u diversi fibri. Il-matriċi taċ-ċeramika tista 'tkun ċeramika strutturali b'temperatura għolja bħal nitrur tas-silikon u karbur tas-silikon. Dawn iċ-ċeramika avvanzata għandhom proprjetajiet eċċellenti bħal reżistenza għat-temperatura għolja, saħħa u riġidità għolja, piż relattivament ħafif, u reżistenza għall-korrużjoni. Id-dgħjufija fatali hija li huma fraġli. Meta jkunu taħt tensjoni, se jinqasmu jew saħansitra jinkisru biex jikkawżaw ħsara fil-materjal. L-użu ta 'fibra ta' saħħa għolja, elastika għolja u kompost tal-matriċi huwa metodu effettiv biex ittejjeb it-toughness u l-affidabbiltà taċ-ċeramika. Il-fibri jistgħu jipprevjenu x-xquq milli jespandu, u b'hekk jiksbu komposti tal-matriċi taċ-ċeramika rinfurzati bil-fibra b'ebusija eċċellenti.
stampa
Il-kompożiti tal-matriċi taċ-ċeramika ntużaw bħala żennuni tal-magna rokit likwidu, radomes tal-missili, koni tal-imnieħer tax-shuttle spazjali, diski tal-brejkijiet tal-ajruplani u diski tal-brejkijiet tal-karozzi high-end, eċċ., Saru fergħa importanti ta 'materjali ġodda ta' teknoloġija għolja.
Minħabba li l-materjali taċ-ċeramika għandhom reżistenza eċċellenti għall-ilbies, ebusija għolja u reżistenza tajba għall-korrużjoni, intużaw ħafna. Madankollu, l-akbar żvantaġġ taċ-ċeramika huwa li huma fraġli u sensittivi għal xquq u pori. Sa mis-snin tmenin, il-komposti tal-matriċi taċ-ċeramika miksuba biż-żieda ta 'partiċelli, whiskers, u fibri ma' materjali taċ-ċeramika tejbu ħafna l-ebusija taċ-ċeramika.
Il-kompożiti tal-matriċi taċ-ċeramika għandhom qawwa għolja, modulu għoli, densità baxxa, reżistenza għat-temperatura għolja, reżistenza għall-ilbies u reżistenza għall-korrużjoni, u toughness tajba, u ntużaw f'għodod tal-qtugħ b'veloċità għolja u komponenti tal-magni tal-kombustjoni interna. Madankollu, l-iżvilupp ta 'dan it-tip ta' materjal huwa relattivament tard, u l-potenzjal tiegħu għad irid jiġi żviluppat aktar. Il-fokus tar-riċerka huwa li tapplikaha għal materjali ta 'temperatura għolja u materjali reżistenti għall-ilbies u reżistenti għall-korrużjoni, bħal turbini msaħħa għal magni ta' kombustjoni interna ta 'qawwa għolja, komponenti termali għal vetturi aerospazjali, u magni tal-vetturi minflok metalli, kontenituri petrokimiċi , tagħmir għall-inċinerazzjoni tal-iskart, eċċ.
Meta niġu għaċ-ċeramika, in-nies naturalment jaħsbu dwar il-fraġilità tagħha. Aktar minn għaxar snin ilu, jekk intużat bħala parti li ġġorr it-tagħbija fil-qasam tal-inġinerija, kien impossibbli għal xi ħadd li jaċċettaha. Sa issa, meta niġu għall-materjali komposti taċ-ċeramika, xi nies jistgħu ma jkunux ċari, billi jaħsbu li ċ-ċeramika u l-metalli huma oriġinarjament żewġ materjali irrilevanti. Madankollu, peress li n-nies ikkombinaw b'mod għaqli ċeramika u metalli, il-kunċett tan-nies ta 'dan il-materjal għadda minn bidla fundamentali, li hija komposti tal-matriċi taċ-ċeramika.
Materjal kompost tal-matriċi taċ-ċeramika huwa materjal strutturali ġdid promettenti ħafna fil-qasam tal-industrija tal-avjazzjoni, speċjalment fl-applikazzjoni tal-manifattura tal-magni tal-ajru, qed juri dejjem aktar l-uniċità tiegħu. Minbarra l-vantaġġi ta 'piż ħafif u ebusija għolja, komposti tal-matriċi taċ-ċeramika għandhom ukoll reżistenza eċċellenti għal temperatura għolja u reżistenza għall-korrużjoni f'temperatura għolja. Fil-preżent, komposti tal-matriċi taċ-ċeramika qabżu materjali tal-metall reżistenti għas-sħana f'termini ta 'reżistenza għat-temperatura għolja, u għandhom proprjetajiet mekkaniċi tajbin u stabbiltà kimika. Huma materjali ideali u eċċellenti għal żoni b'temperatura għolja ta 'magni b'turbini ta' prestazzjoni għolja.
stampa
Pajjiżi madwar id-dinja qed jiffokaw fuq ir-riċerka dwar iċ-ċeramika rinfurzata tan-nitrur tas-silikon u l-karbur tas-silikon biex jissodisfaw ir-rekwiżiti materjali tal-ġenerazzjoni li jmiss ta 'magni avvanzati
materjali, u għamel progress kbir, speċjalment fil-magni tal-ajru moderni. Pereżempju, il-magna F120 tal-magna tal-verifika Amerikana, l-apparat tas-siġillar tat-turbini bi pressjoni għolja tagħha, u xi partijiet b'temperatura għolja tal-kamra tal-kombustjoni huma kollha magħmula minn materjali taċ-ċeramika. Għal eżempju ieħor, il-kamra tal-kombustjoni u ż-żennuna tal-magna Franċiża M88-2 jużaw ukoll komposti tal-matriċi taċ-ċeramika.
5
Materjali ġodda ta 'komposti intermetalliċi
X'inhuma l-komposti intermetalliċi? Komposti ta 'metalli u metalli jew metalli u metallojdi (bħal H, B, N, S, P, C, Si, eċċ.). L-atomi taż-żewġ metalli huma magħquda f'ċertu proporzjon biex jiffurmaw kompożizzjoni ta 'liga li hija differenti miż-żewġ lattices tal-kristall oriġinali. Il-komposti intermetalliċi huma tipi ġodda ta 'materjali li rċevew attenzjoni mifruxa.
stampa
Fil-fatt, l-iżvilupp ta 'aeroengines ta' prestazzjoni għolja u ta 'proporzjon għoli ta' spinta mal-piż ippromwova l-iżvilupp u l-applikazzjoni ta 'komposti intermetalliċi. Komposti intermetalliċi huma ġeneralment komposti komposti minn elementi tal-metall binarji, ternarji jew b'ħafna elementi. Il-komposti intermetalliċi għandhom potenzjal kbir f'applikazzjonijiet strutturali b'temperatura għolja. Għandha temperatura ta 'servizz għolja, saħħa speċifika, konduttività termali, u speċjalment f'temperatura għolja, għandha wkoll reżistenza tajba għall-ossidazzjoni, reżistenza għall-korrużjoni u qawwa għolja ta' creep. . Barra minn hekk, minħabba li l-kompost intermetalliku huwa materjal ġdid bejn is-superalloy u l-materjal taċ-ċeramika, jimla l-vojt bejn iż-żewġ materjali, u għalhekk isir wieħed mill-materjali ideali għal komponenti ta 'temperatura għolja ta' magni tal-ajru.
Fl-istruttura globali tal-magni tal-ajru, ir-riċerka u l-iżvilupp huma ffukati prinċipalment fuq komposti intermetalliċi bħal titanju-aluminju u nikil-aluminju. Dawn il-komposti tal-aluminju tat-titanju għandhom bażikament l-istess densità bħat-titanju, iżda għandhom temperatura ta 'servizz ogħla. Pereżempju, it-temperaturi operattivi ta 'TiAl huma 816 grad u 982 grad rispettivament. Il-kompost intermetalliku għandu rabta qawwija bejn l-atomi u struttura tal-kristall kumplessa, li tagħmilha diffiċli biex tiġi deformata, u huwa iebes u fraġli f'temperatura tal-kamra. Wara snin ta 'riċerka sperimentali, tip ġdid ta' liga b'saħħa ta 'temperatura għolja, plastiċità f'temperatura tal-kamra u toughness ġie żviluppat b'suċċess, u ġie installat u użat, u l-effett huwa tajjeb ħafna. Pereżempju, il-magna F119 ta 'prestazzjoni għolja fl-Istati Uniti tuża komposti intermetalliċi fil-kisi u d-diski tat-turbini, u x-xfafar u d-diski tal-kompressur tal-magna F120 tal-magna tal-verifika jużaw komposti intermetalliċi ġodda tat-titanju-aluminju.
6
komposti tal-matriċi tar-reżina
X'inhuma l-komposti tal-matriċi tar-reżina? Huwa materjal rinfurzat bil-fibra bbażat fuq polimeru organiku, normalment juża rinfurzar tal-fibra bħal fibra tal-ħġieġ, fibra tal-karbonju, fibra tal-bażalt jew fibra aramid. Materjali komposti bbażati fuq ir-reżina jintużaw ħafna fl-industriji tal-avjazzjoni, tal-karozzi u tal-baħar.
stampa
Il-matriċi tar-reżina tal-materjali komposti hija prinċipalment reżina termosetting. Sa mill-1940, plastiks rinfurzati bil-fibra tal-ħġieġ kienu użati bħala radomes fuq ġettijiet tal-ġlied u bombers. Fis-snin sittin, l-Istati Uniti użaw reżina epoxy rinfurzata bil-fibra tal-boron bħala tmun, stabilizzaturi orizzontali, truf ta 'wara tal-ġwienaħ, bibien tat-tmun, eċċ fuq inġenji tal-ajru militari bħal F-4 u F-111. F'termini ta 'manifattura tal-missili, fl-aħħar tas-snin 50, il-kisi tal-mutur rokit solidu tat-tieni stadju tal-missila sottomarina ta' medda medja tal-Istati Uniti "Polaris A-2" uża partijiet tal-istralċ tar-reżina epossidika rinfurzata bil-fibra tal-ħġieġ, li huma aħjar minn kisi tal-azzar. 27 fil-mija eħfef; aktar tard, intużat fibra tal-ħġieġ ta 'prestazzjoni għolja minflok fibra tal-ħġieġ ordinarja biex tagħmel "Polaris A-3", li għamlet il-piż tal-qoxra 50 fil-mija eħfef minn dak tal-qoxra tal-azzar, sabiex il-firxa ta' "Polaris A{{{ 12}}" missila nbidlet minn 2700 elf metru żdied għal 4500 km. Fis-snin sebgħin, intużat fibra aramid minflok fibra tal-ħġieġ biex issaħħaħ ir-reżina epossidika, u s-saħħa tjiebet ħafna, filwaqt li l-piż tnaqqas. Il-komposti tar-reżina epoxy rinfurzata bil-fibra tal-karbonju jintużaw ħafna f'inġenji tal-ajru, missili, satelliti u strutturi oħra.
Ir-riċerka dwar l-applikazzjoni ta 'materjali komposti bbażati fuq ir-reżina fil-magni turbofan tal-avjazzjoni bdiet fis-snin ħamsin. Wara aktar minn 60 sena ta 'żvilupp, GE, PW, RR, MTU, SNECMA u kumpaniji oħra investew ħafna enerġija fir-riċerka u l-iżvilupp ta' materjali komposti bbażati fuq ir-reżina, u kisbu Sar progress kbir, u l-inġinerija tagħha ġiet applikata għal magni turbofan tal-avjazzjoni attivi, u hemm tendenza li tkompli tespandi l-applikazzjoni tagħha.
It-temperatura tas-servizz tal-komposti tal-matriċi tar-reżina ġeneralment ma taqbiżx it-350 grad. Għalhekk, il-komposti tal-matriċi tar-reżina jintużaw prinċipalment fit-tarf kiesaħ tal-magni tal-ajru.
7
komposti tal-matriċi tal-metall
X'inhuma l-komposti tal-matriċi tal-metall? Huwa materjal kompost li huwa kkombinat artifiċjalment mal-metall u l-liga tiegħu bħala l-matriċi u rinforz wieħed jew diversi tal-metall jew mhux tal-metall. Ħafna mill-materjali li jsaħħu tiegħu huma mhux metalli inorganiċi, bħal ċeramika, karbonju, grafita u boron, eċċ., U wajers tal-metall jistgħu jintużaw ukoll. Flimkien ma 'komposti tal-matriċi tal-polimeru, komposti tal-matriċi taċ-ċeramika u komposti tal-karbonju/karbonju, tifforma sistema moderna komposta.
stampa
Il-karatteristiċi tal-materjali komposti tal-matriċi tal-metall: f'termini ta 'mekkanika, għandhom saħħa trasversali u shear għolja, proprjetajiet mekkaniċi komprensivi tajbin bħal toughness u għeja, u għandhom ukoll konduttività termali, konduttività elettrika, reżistenza għall-ilbies, koeffiċjent ta' espansjoni termali żgħir, damping tajjeb , l-ebda assorbiment ta 'umdità, u l-ebda reżistenza għall-korrużjoni. Vantaġġi bħax-xjuħija u l-ebda tniġġis. Pereżempju, is-saħħa speċifika tal-materjali komposti tal-aluminju rinfurzati bil-fibra tal-karbonju hija 3 ~ 4 × 107mm, u l-modulu speċifiku huwa 6 ~ 8 × 109mm. Pereżempju, il-modulu speċifiku tal-manjeżju rinfurzat bil-fibra tal-grafita jista 'jilħaq 1.5 × 1010mm, u l-koeffiċjent ta' espansjoni termali tiegħu huwa kważi żero.
Ta 'min isemmi li, meta mqabbla ma' materjali komposti bbażati fuq ir-reżina, materjali komposti bbażati fuq il-metall għandhom toughness tajba, ma jassorbux l-umdità, u jistgħu jifilħu temperaturi relattivament għoljin. Il-fibri li jsaħħu l-komposti tal-matriċi tal-metall jinkludu fibri tal-metall, bħal azzar li ma jissaddadx, tungstenu, ċomb, komposti intermetalliċi tan-nikil-aluminju, eċċ.; fibri taċ-ċeramika, bħal alumina, ossidu tas-silikon, karbonju, boron, karbur tas-silikon, eċċ.
Il-materjali tal-matriċi tal-komposti tal-matriċi tal-metall jinkludu aluminju, liga tal-aluminju, manjesju, ligi Chin u Chin, ligi reżistenti għas-sħana, ligi tad-djamanti, eċċ Fost dawn, materjali komposti bbażati fuq liegi tal-aluminju, ligi tal-aluminju u ligi tal-ħadid huma bħalissa l-għażliet ewlenin . Pereżempju, komposti tal-matriċi tal-liga Chin rinfurzati bil-fibra SiC jistgħu jintużaw biex jagħmlu xfafar tal-kompressur. Il-komposti tal-matriċi tal-manjeżju jew tal-liga tal-manjeżju rinfurzati bil-fibra tal-karbonju jew tal-alumina jistgħu jintużaw biex jimmanifatturaw xfafar tat-turbofan. Eżempju ieħor huwa li l-komposti tal-matriċi tal-liga bbażati fuq in-nikil rinfurzati bil-fibra tan-nikil-kromju-aluminju-iridju jistgħu jintużaw biex jimmanifatturaw elementi tas-siġillar għal turbini u kompressuri.
Barra minn hekk, kisi tal-fann, rotors, diski tal-kompressur u partijiet oħra huma kollha magħmula minn komposti tal-matriċi tal-metall barra l-pajjiż. Iżda waħda mill-akbar problemi b'dan it-tip ta 'materjal kompost hija li huwa faċli li tirreaġixxi bejn il-fibra ta' rinfurzar u l-metall tal-matriċi biex tipproduċi fażi fraġli, li tiddeterjora l-prestazzjoni tal-materjal. Speċjalment meta tintuża għal żmien twil f'temperatura ogħla, ir-reazzjoni tal-interface hija aktar prominenti. Is-soluzzjoni attwali hija li żżid kisjiet xierqa fuq il-wiċċ tal-fibra u liga tal-metall tal-matriċi skont fibri differenti u sottostrati differenti, sabiex tnaqqas ir-reazzjoni tal-interface u żżomm l-affidabbiltà tal-prestazzjoni tal-materjal kompost.
stampa
Materjali użati fix-xfafar tal-fann tal-magna
Ix-xafra tal-fann tal-magna hija l-aktar parti rappreżentattiva u importanti ħafna tal-magna turbofan, u l-prestazzjoni tal-magna turbofan hija relatata mill-qrib mal-iżvilupp tagħha. Meta mqabbel ma 'xfafar tal-fann ta' liga tat-titanju, ix-xfafar tal-fann tal-materjal kompost tal-matriċi tar-reżina għandhom vantaġġ ovvju ħafna fit-tnaqqis tal-piż. Minbarra l-vantaġġi ovvji tat-tnaqqis tal-piż, ix-xfafar tal-fann komposti bbażati fuq ir-reżina għandhom inqas impatt fuq il-każ tal-fann wara l-impatt, għalhekk huwa ta 'benefiċċju li tittejjeb il-konteniment tal-każ tal-fann.
Ir-rappreżentanti ewlenin ta 'xfafar tal-fann komposti għal applikazzjoni kummerċjali f'pajjiżi barranin huma: magni tas-serje GE90 għal B777, magni GEnx għal B787, u magni LEAP-X għal COMAC C919. Sa mill-1995, il-magna GE90-94B mgħammra b'xfafar tal-fann ta' materjal kompost ibbażat fuq ir-reżina tpoġġiet uffiċjalment f'operazzjoni kummerċjali, li timmarka r-realizzazzjoni uffiċjali tal-applikazzjoni tal-inġinerija ta 'materjali komposti bbażati fuq ir-reżina f'magni tal-ajru moderni ta' prestazzjoni għolja . Fuq il-bażi ta 'konsiderazzjoni komprensiva ta' aerodinamika, ċikli ta 'għeja b'ċiklu għoli u baxx u fatturi oħra, GE żviluppat xafra ta' fann kompost ġdida għall-magna GE90-115B sussegwenti.
Fis-seklu 21, id-domanda qawwija ta 'magni ta' l-ajru għal materjali komposti tolleranti għall-ħsara għolja tmexxi l-iżvilupp ulterjuri tat-teknoloġija tal-materjal kompost, u huwa diffiċli li tissodisfa r-rekwiżiti ta 'materjali tolleranti għall-ħsara għolja billi ttejjeb kontinwament l-ebusija tal-fibra tal-karbonju. /prepregs tar-reżina epoxy. Bħala riżultat, bdew jidhru xfafar tal-fann komposti ta 'struttura minsuġa 3D.
Materjali użati fil-każ tal-fann tal-magna
Il-kisi tal-fann tal-magna huwa l-akbar parti wieqfa ta 'magna ta' l-ajru, u t-tnaqqis tal-piż tiegħu jaffettwa direttament il-proporzjon ta 'l-ispinta għall-piż u l-effiċjenza ta' magna ta 'l-ajru. Għalhekk, l-OEMs tal-magni tal-ajru avvanzati barranin dejjem kienu impenjati għat-tnaqqis tal-piż u l-ottimizzazzjoni strutturali tal-kisi tal-fann.
stampa
Materjali użati għall-cowls tal-fannijiet tal-magni
Minħabba li huwa komponent mhux prinċipali li jġorr it-tagħbija, il-cowl tal-fann huwa wieħed mill-ewwel partijiet magħmulin minn materjali komposti fuq magna tal-ajru. Il-cowl tal-fann magħmul minn materjali komposti jista 'jipprovdi piż eħfef, struttura simplifikata kontra s-silġ, reżistenza aħjar għall-Korrużjoni u reżistenza aħjar għall-għeja. Bħall-magna RB211 tal-kumpanija RR famuża, PW1000G tal-kumpanija PW, u PW4000 jużaw materjali komposti bbażati fuq ir-reżina biex jippreparaw tappijiet tal-fann.
Meta mqabbla mal-mainframes tal-magni tal-ajru, materjali komposti bbażati fuq ir-reżina għandhom spazju ta 'applikazzjoni wiesa' ħafna f'nacelles tal-magni tal-ajru. Il-manifatturi globali użaw materjali komposti bbażati fuq ir-reżina fuq skala kbira f'daħliet ta 'nacelle, fairings, thrust reversers, u kisi għat-tnaqqis tal-ħoss. Materjal. F'termini ta 'partijiet oħra, materjali komposti bbażati fuq ir-reżina huma wkoll applikati fi gradi differenti fi pjanċi tar-runner tal-fannijiet tal-magni tal-ajru, għata tas-siġillar li jġorru, u pjanċi tal-kopertura.
