Vask on tempermalmistuv, plastiline ja suurepärane soojus- ja elektrijuht. Seda kasutatakse erinevates tööstusharudes, sealhulgas elektri-, ehitus-, auto- ja sanitaartehnilistes tööstusharudes. Vaskmaterjalide klassid ja standardid on erinevad ning siin on mõned neist:
Viimastel aastatel, pöörates jätkuvalt tähelepanu õhusõidukite ja mootorite ohutusele, on kodu- ja välismaised lennunduskogukonnad üha enam mures ka ressursside säästmise, kulude vähendamise, keskkonnakaitse ja muude küsimuste pärast. Selle taustal on roheline lennundustööstus teatud edusamme teinud. Roheline lennundus hõlmab kogu õhusõidukite projekteerimise, tootmise, kasutamise, hoolduse, kasutuselt kõrvaldamise, taastamise jne arendus- ja kasutusprotsessi, mis hõlmab tehnilisi valdkondi, sealhulgas rohelisi materjale, rohelist tootmist, rohelist hooldust jne.
Niinimetatud roheline materjal viitab ressursikasutuse maksimeerimisele ning kasutuskulude ja keskkonnamõjude minimeerimisele kogu materjali kavandamise, tooraine valiku, töötlemise ja valmistamise, pakendamise ja transpordi, kasutamise, taaskasutamise ja taaskasutamise tsükli jooksul. Meie riigis on hakatud jõuliselt arendama uut materjalitehnoloogiat, iga uus materjalitehnoloogia on teinud läbimurde, lennunduse uute materjalide uurimine on teinud rõõmustavaid saavutusi. Tulevikku vaadates arendatakse uusi lennundusmaterjale mitmeotstarbeliste, suure jõudlusega, uute protsesside, madalate kulude ja uute kontseptsioonide suunas. Hiina sõltumatu uurimis- ja arendustegevuse taseme paranemisega uute lennundusmaterjalide valdkonnas peame põhjalikult parandama roheliste lennundusmaterjalide tehnilist taset materjali disaini, ettevalmistusprotsessi, materjaliarenduse, ringlussevõtu ja muude aspektide aspektist ning ühiselt. luua rohelise lennunduse parem tulevik.
Esiteks vajadus arendada rohelist lennundustööstust
2021. aasta on 14. viieaastaplaani esimene aasta. Kogu sõjatööstuse keti tuumikpositsioonina avab uus materjalisektor eeldatavasti suurema arenguruumi. 20. sajand on kaasaegse teaduse ja tehnoloogia kiire arengu sajand, mille üheks oluliseks sümboliks on inimeste hiilgavad saavutused aeronautika ja astronautika vallas. 21. sajandil on kosmosetööstus näidanud laiemat arenguperspektiivi ning kõrgetasemelised või ülikõrgetasemelised kosmosealased tegevused on sagenenud. Lennunduse ja kosmosetööstuse suured saavutused on lahutamatud kosmosetööstuse materjalitehnoloogia arengust ja läbimurdest. Materjalid on kaasaegse kõrgtehnoloogia ja tööstuse vundament ja eelkäija ning suurel määral kõrgtehnoloogia läbimurde eeldus. Lennundusmaterjalide väljatöötamisel on suur roll kosmosetehnoloogia toetamisel ja tagamisel. Lennundustehnoloogia arendusvajadused omakorda juhivad ja soodustavad kosmosetööstusmaterjalide arendamist. Võib öelda, et materjalide edenemine mängib lennukite uuendamisel võtmerolli.
Lennundusmaterjalid ei ole mitte ainult aeronavigatsioonitoodete arendamise ja tootmise materiaalne garantii, vaid ka tehniline baas lennundustoodete uuendamisel. Materjalid mängivad olulist rolli lennundustööstuse ja lennundustoodete arendamisel. 21. sajandil arenevad lennundusmaterjalid suure jõudlusega, kõrge funktsionaalsusega, multifunktsionaalse, struktuuri ja funktsioonide integreerimise, kombineeritud, intelligentse, madala hinnaga ja keskkonnaga ühilduvuse suunas.
Oma 2022. aasta valitsuse tööaruandes tegi endine peaminister Li Keqiang ettepaneku pidevalt parandada ökoloogilist keskkonda, edendada rohelist ja vähese CO2-heitega arengut, tugevdada saastekontrolli ning ökoloogilise kaitse ja taastamist, leida tasakaal arengu ja heitkoguste vähendamise vahel ning edendada harmoonilist kooseksisteerimist inimene ja loodus. Kuigi viimastel aastatel on õhusõidukite ohutusele jätkuvalt tähelepanu pööratud, on kodu- ja välismaised lennunduskogukonnad üha enam mures ressursside säästmise, kulude vähendamise, keskkonnakaitse ja muude küsimuste pärast. Selles kontekstis on roheline lennundus teatud edusamme teinud. Õhusõidukid ohutuma ja usaldusväärsema, kerge, vastupidavama, rohelise arengusuuna suunas, esitades seega üha kõrgemad nõuded materjalidele, kuid edendavad ka õhusõidukite lennukiirust, töökindlust, odavat, kõrget efektiivsust ja mugavust ning muid uuenduse aspekte. . Uues tööstusolukorras on kõrgetasemeliste lennundusroheliste materjalide ning nende valmistamise ja töötlemise tehnoloogia arendamine Hiina lennutööstuse jätkusuutliku arengu toetamisel väga oluline. Ühesõnaga, globaalse moodsa tööstuse kiirest arengust ajendatuna on lennundusmaterjalide roheline arendamine vältimatu trend ja majandusarengu tungiv nõue.
Ii. Uute aeronavigatsioonimaterjalide uurimistöö edenemine
Lennuki materjalid määravad mingil määral lennuki kerekonstruktsiooni valmistamise kulud. Kuna Hiina lennundusseadmed võeti kasutusele peamiselt varajases staadiumis, kasutatakse materjalide valikul peamiselt välismaiste materjalide süsteemi. Viimastel aastatel on Hiina asunud hoogsalt arendama uut materjalitehnoloogiat ning uus materjalitehnoloogia on teinud pidevaid läbimurdeid, samuti on uute lennundusmaterjalide uurimine teinud rõõmustavaid saavutusi. Siiski on endiselt suur lõhe lennunduse uute materjalide tööstuse üldise taseme ja rahvusvahelise kõrgtaseme vahel.
(A) Titaanisulam: "universaalse metalli" suurepärased omadused
Titaanil on madala erikaalu ja kõrge eritugevuse omadused ning selle sulamil on suur tähtsus õhusõidukite tõukejõu ja massi suhte suurendamisel kosmosevaldkonnas ning seda on viimastel aastatel laialdaselt kasutatud. Titaanisulamit kasutatakse lisaks sõjaväe- ja kosmosevaldkondadele laialdaselt ka keemia-, metallurgia-, meditsiini-, spordi- ja vabaaja- ning muudes valdkondades.
Välislennunduses kasutatavate titaanisulamist materjalide arengustaatus
1) Kõrgtemperatuuriline titaanisulam: kõrgtemperatuurset titaanisulamit kasutatakse peamiselt lennukiklapi liugurrööbastes, laagrikorpuses, kronsteinis, mootorikattes, kompressori kettas ja labades, korpuses ja muudes konstruktsiooniraami osades. Need komponendid nõuavad suurt eritugevust, väsimustugevust, roomamiskindlust ja konstruktsiooni stabiilsust 300–600 kraadi juures. Praegu kuuluvad kõrge temperatuuriga titaanisulamite rahvusvahelise kõrgtaseme nimel peamiselt Ameerika Ühendriikide Ti{5}}S, Ti-1100, IMI834, Venemaa BT36 ja nii edasi kaubamärgid.
2) Kõrge tugevusega titaanisulam: Kõrge tugevusega titaanisulam viitab tavaliselt rohkem kui 1000 MPa titaanisulami tõmbetugevusele, mida kasutatakse peamiselt õhusõiduki konstruktsioonides tavaliselt kasutatava kõrgtugeva konstruktsiooniterase asendamiseks, ja see võib saavutada 10-protsendilise kaalulanguse. Praegu on lennukites kasutatavad ülitugevad titaanisulamid peamiselt -tüüpi titaanisulamid, mis esindavad peamisi Ti-1023, BT22, Ti-153, -21S ja nii edasi.
3) Leegiaeglustav titaanisulam: praegu on tüüpilised leegiaeglustavad titaanisulamid USA-s sulam C ja Venemaal BTT-1. USA-s välja töötatud sulam C (Ti-35V-15Cr) on titaanisulam, millel on hea tugevus kõrgel temperatuuril ja oksüdatsioonikindlus. Seda on rakendatud Fl19 mootori kõrgsurvekompressori korpusele, juhtlabale ja vektor-sabadüüsile. Venemaal välja töötatud leegiaeglustav titaanisulam Ti-Cu-Al BTT{11}} on hea termilise töödeldavusega ning seda on kasutatud mootori kompressori korpuses ja labades.
Kodulennunduses kasutatavate titaanisulamist materjalide arengustaatus
1) Kõrgtemperatuuriline titaanisulam: Ti-60 sulam on 600 kraadi kõrge temperatuuriga titaanisulam, mille on iseseisvalt välja töötanud meie riik. Sulam põhineb TAL₂ (Ti-55) sulamil, mis lisab sobiva sisaldusega Al-, Sn-, Si-elemente, et veelgi parandada sulami termilist stabiilsust, kõrgel temperatuuril roomamist ja oksüdatsioonikindlust kõrgel temperatuuril.
2) Kõrge tugevusega struktuurne titaanisulam: 1970.–1990. aastatel töötati iseseisvalt välja partii tugevat struktuurset titaanisulamit. Nende titaanisulamite tugevus võib ulatuda 1100-1300MPa-ni. 21. sajandi alguses on esindatud kahte tüüpi beeta-titaani sulamit: ① peaaegu titaan Ti-B18, tõmbetugevus võib ulatuda 1150–1350 MPa-ni; ② Metastable titaanisulam Ti-B20, tõmbetugevus kuni 1200 ~ 1600 MPa.
3) Leegiaeglustav titaanisulam: Hiina on aastate jooksul viinud läbi leegiaeglustava titaanisulami põhjalikke uuringuid. Viidates AlloyC sulamile, kavandati vastavalt Ti-V-Cr-Al, Ti-Mo-Cr-Al, Ti-Mo-V-Cr-Al3 leegiaeglustavate titaanisulamite seeriad ja põlemisvastast mehhanismi uuriti vahenditega. arvutisimulatsioonist. Lisaks disainiti pärast USA, Suurbritannia ja Venemaa erinevate süsteemide süstemaatilist analüüsi TF1 (Ti-V-Cr-C seeria) ja TF2 (Ti-Cu seeria) leegiaeglustavad titaanisulamid. Ti-40 (Ti-V-Cr-Si) sulam on Hiinas iseseisvalt välja töötatud leegiaeglustav titaanisulam. Võrreldes tavapärase titaanisulamiga on Ti-40-sulamil suurepärased leegiaeglustavad ja mehaanilised omadused. Praeguseks on sulamite uurimine arenenud laboratoorsest mastaabist pooltööstuslikule tasemele, on suudetud valmistada Ti40-tonniseid valuplokke, suuremõõtmelisi vardaid ja rõngassepiseid.
Kodumaise lennundustööstuse hilise alguse tõttu ei ole titaani ja titaanisulamite tarbimine kodumaises lennunduses suur, lennunduses kasutatavate titaanmaterjalide osakaal oli alla 20 protsendi, mis on palju alla rahvusvahelise keskmise taseme, mis on umbes 50 protsenti ja titaanitööstuses on arenenud riikidega võrreldes endiselt suur lõhe: esiteks on tipptasemel titaanisulamist tooted endiselt peamiselt imitatsioonid, materjalide arendamise tase on madal, kasutusala kitsas, kõrge terviklik jõudlus ja madal. kulu titaanisulami arendamine on enamasti laboratooriumis; Teiseks ei ole metallurgia kvaliteet stabiilne, vähem sorte, puudulikud spetsifikatsioonid; Kolmandaks on seotud tugitehnoloogiate uurimistöö edenemine aeglane ja enda väljatöötatud titaanisulamist materjalide süsteemi tuleb täiustada.
(2) Supersulam: keskendub sõjaliste mootorite vajadustele
Supersulam, kõrge temperatuuri jaoks
Traditsiooniline teras pehmeneb üle 300 kraadi Celsiuse järgi ega talu kõrgeid temperatuure. Kõrgema energia muundamise efektiivsuse saavutamiseks vajab soojusmootori võimsuse väli üha kõrgemat töötemperatuuri. Tänu sellele on supersulamid aretatud töötama stabiilselt temperatuuril üle 600 kraadi Celsiuse järgi ja tehnoloogia paraneb jätkuvalt.
Supersulamid jagunevad vastavalt sulami põhielementidele rauapõhisteks supersulamiteks ja niklipõhisteks supersulamiteks. Vastavalt Zhiyan Consultingi andmetele, mis on 2018. aastal tooteprotsessi järgi jagatud, moodustas niklipõhise supersulami toodang 80 protsenti, rauapõhise supersulami toodang 14,3 protsenti ja koobaltipõhise supersulami toodang 5,7 protsenti.
Supersulam on aeromootori põhimaterjal. Supersulamit on kasutatud lennukimootorites selle sünnist saati ja see on oluline materjal kosmosemootorite tootmisel. Mootori jõudlus sõltub suuresti supersulamist materjali jõudluse tasemest. Kaasaegsetes lennukimootorites moodustab supersulammaterjali kogus 40–60 protsenti mootori kogumassist. Seda kasutatakse peamiselt neljas kuuma otsa komponendis: põlemiskamber, juht, turbiini laba ja turbiini ketas. Lisaks kasutatakse seda ka korpuses, rõngaosades, järelpõletis ja sabaotsikus.
Hiina kõrgtemperatuuriliste sulamite tööstus on praegu kasvuperioodil ja tööstusketi ettevõtetel on tulevikus lai arendusruum. Supersulamit tootvate ettevõtete arv Hiinas on piiratud ning tootmistase jääb maha USA, Venemaa ja teiste riikide omast. Viimastel aastatel on aga tootmisvõimsust ja toodangu väärtust oluliselt paranenud. Paljud Lianshi Aviationi, Western Superconductori ja teiste ettevõtete supersulamite tootmisvõimsuse projektid on ehitamisel ja kasutusele võetud.
Aeromootorite jaoks mõeldud supersulami omadused arenevad pidevalt
1) Raua baasil valmistatud supersulam: üks Hiina supersulamisüsteemi omadusi.
Nikli ja vähese koobalti puudumise tõttu Hiina ressurssides muutus raua baasil valmistatud supersulami väljatöötamine, tootmine ja rakendamine 1960. ja 1970. aastatel hiilgavaks stseeniks.
Rauapõhiseid supersulameid kasutatakse tavaliselt madala töötemperatuuriga (600–850 °C) mootoriosades, nagu turbiinikettad, korpus ja võllid. Fe-alusel supersulamil on aga keskmisel temperatuuril head mehaanilised omadused, mis on võrreldavad või paremad kui sarnased niklipõhised sulamid. Lisaks on see odav ja kuumtöötlemisel kergesti deformeeritav. Seetõttu kasutatakse Fe-aluse supersulamit endiselt laialdaselt turbiini ketta ja turbiini labade materjalidena keskmise temperatuuri valdkonnas.
2) Nikli baasil supersulam: deformatsioon/valu/uue sulami uuendamine põlvkonna kaupa.
Niklipõhised supersulamid töötavad tavaliselt teatud pingetingimustes üle 600 kraadi. Neil pole mitte ainult hea oksüdatsiooni- ja korrosioonikindlus kõrgel temperatuuril, vaid neil on ka kõrge temperatuuri tugevus, roometugevus ja püsiv tugevus, samuti hea väsimuskindlus. Seda kasutatakse peamiselt kosmosetööstuses kõrgel temperatuuril töötavate konstruktsioonikomponentide jaoks, nagu töölabad, turbiinikettad, aeromootorite põlemiskambrid jne.
Vastavalt tootmisprotsessile võib nikli baasil valmistatud supersulami jagada muutuva sulami, valusupersulami ja uue supersulamiks. Niklipõhist valusupersulamit kasutatakse peamiselt mootorite turbiini juhtlabades, mille töötemperatuur võib ulatuda üle 1100 kraadi või ka turbiinilabades, mille temperatuur on madalam kui vastav juhtlaba 50-100 kraadi .
Kuna kuumuskindla sulami töötemperatuur on kõrgem ja kõrgem, on sulamis tugevdavaid elemente üha rohkem, koostis on keerulisem, mistõttu mõnda sulamit saab kasutada ainult valatud olekus, kuumtöötlemise deformatsioon ei saa olla. Lisaks muudab legeerivate elementide sisalduse suurenemine niklipõhise sulami koostise eraldumise pärast tahkumist tõsiseks, mille tulemuseks on ebaühtlane mikrostruktuur ja omadused. Ülaltoodud probleemid võib lahendada pulbermetallurgia protsessi kasutamine supersulami tootmiseks. Kuna pulbriosakesed on väikesed, on pulbri valmistamisel jahutuskiirus kiire, eraldumine on kõrvaldatud, kuumtöötlevus paraneb, sulam, mida saab ainult valada, muudetakse deformatsiooni supersulamiks, mida saab kuumtöödelda, voolavuspiir ja väsimusomadused on paranenud, pulbri supersulam on loonud uue viisi suurema tugevusega sulami tootmiseks. Pulbersupersulamit kasutatakse peamiselt suure tõukejõuga täiustatud aeromootori turbiiniketta tootmisel, samuti kompressori ketta, turbiini võlli, turbiini deflektori ja muude täiustatud aeromootori kuuma otsa osade tootmisel.
3) koobaltipõhine supersulam: korrosioonikindlus ja muud erivaldkonnad on laiaulatuslikud.
Koobaltipõhise supersulami oksüdatsioonikindlus on halb, kuid selle termiline korrosioonikindlus on parem kui niklil. Koobaltipõhisel supersulamil on ka tugevam kõrgtemperatuuriline tugevus, termiline korrosioonikindlus, termiline väsimus- ja roomamiskindlus kui niklipõhisel supersulamil, mis sobib gaasiturbiini juhtlabade ja düüside tootmiseks.
Piiratud ressursside tõttu on meie riigis välja töötatud koobaltipõhised sulamid nagu K40, GH188 ja L605. Alates 2001. aastast on GE koobaltipõhiste supersulamite alased uuringud keskendunud koobaltipõhiste supersulamite kasutamisele gaasiturbiinide substraadimaterjalidena ja korrosioonikindluse parandamiseks sulamite pinnale katete, näiteks termobarjääride valmistamisele.
Materjalipiirangute tõttu on koobalt Maal suhteliselt haruldane ja kallis. Praegu on koobaltipõhiste uuringute kuumus vähenenud ja paljud teadusuuringud jäävad teoreetiliseks faasiks, näiteks digitaalse modelleerimise katse.
Esimese põlvkonna sõjalennukite sulam, mootor kõrge temperatuuriga sulamist või sisestage kiire mahuperiood
Mootori temperatuurinõuded kasvavad. Kõrge tõukejõu ja kaalu suhe nõuab kõrgemat düüsi temperatuuri ja materjali tuge kõrgemal töötemperatuuril. Supersulami väljatöötamisel maailmas on mootori labade ja ketaste materjalid läbinud neli etappi, nimelt deformatsioon, valamine, orientatsioon ja monokristall. Temperatuuri tõstetakse järk-järgult 600 kraadilt rohkem kui 1100 kraadini.
Sõjaväelennukite uuendamisega on kaasnenud supersulamite uuendamine. Esimese põlvkonna turboventilaatormootori südamikumaterjal on deformeerunud supersulamist ja südamiku materjali töötemperatuur on 650 kraadi. Neljanda põlvkonna turboventilaatormootoriga on südamiku materjali töötemperatuur jõudnud 1200 kraadini ja kasutusele võetakse monokristalli supersulam. Sõjaväelennukite uuendamisega on kaasnenud mootori põhimaterjali supersulami uuendamine. Supersulami uuendamine vajab uurimist