中国有多型高温钛合金用于制造航空发动机

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1、中国有多型高温钛合金用于制造航空发动机中国有多型高温钛合金用于制造航空发动机2010年09月28日　　2010-07-09“一代材料，一代飞机”是航空工业发展的生动写照。机体材料至今已经历了四个发展阶段，正在跨入第五阶段。第一阶段是从1903年到1919年，机体采用木、布结构；第二阶段是1920年到1949年，产生了铝合金和钢的机身材料；第三个阶段是从1956年到1969年，飞机材料中增加了钛；第四个阶段是1970年至今，其特点是增加了复合材料。　　2006年2月9日，中国国务院发布了《国家中长期科学和技

2、术发展规划纲要(2006—2020年)》，其第四章里确定了大型飞机等16个国家级重大专项。大飞机专项的关键技术包括发动机、材料和电子设备等三项，而事实上，发动机和电子设备的发展基础依然是材料，即高温合金材料和电子、微电子材料等，再次凸显航空材料在飞机、发动机发展中的关键作用。本文将以现代飞机和发动机中最重要的高温合金、铝合金、钛合金、超高强度钢、复合材料等5大类结构材料为例，浅谈这些材料的发展历程(代别)及其对航空装备的推动和支撑作用。　　高温合金　　高温合金是为了满足喷气发动机对材料的苛刻要求而研制的，

3、至今已成为军用和民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的一类关键材料。目前，在先进的航空发动机中，高温合金用量所占比例已高达50%以上。　　高温合金的发展与航空发动机的技术进步密切相关，尤其是发动机热端部件涡轮盘、涡轮叶片材料和制造工艺是发动机发展的重要标志。由于对材料的耐高温性能和应力承受能力提出很高要求，早期英国研制了Ni3(Al、Ti)强化的Nimonic80合金，用作涡轮喷气发动机涡轮叶片材料，同时，又相继发展了Nimonic系列合金。美国开发了含铝、钛的弥散强化型镍基合金，如普惠公司、GE公司和特殊

4、金属公司分别开发出的Inconel、Mar-M和Udmit等合金系列。　　在高温合金发展过程中，制造工艺对合金的发展起着极大的推进作用。由于真空熔炼技术的出现，合金中有害杂质和气体的去除，特别是合金成分的精确控制，使高温合金性能不断提高。随后，定向凝固、单晶生长、粉末冶金、机械合金化、陶瓷型芯、陶瓷过滤、等温锻造等新型工艺的研究成功，推动了高温合金的迅猛发展。其中定向凝固技术最为突出，采用定向凝固工艺制出的定向、单晶合金，其使用温度接近初熔点的90%。因此，目前各国先进航空发动机叶片都采用定向、单晶合金制

5、造涡轮叶片。从国际范围来看，镍基铸造高温合金已形成等轴晶、定向凝固柱晶和单晶合金体系。粉末高温合金也由第一代650℃发展到750℃、850℃粉末涡轮盘和双性能粉末盘，用于先进高性能发动机。　　我国高温合金随航空发动机的发展研制和生产需求而发展。我国高温合金的创业和起步于20世纪70年代前，由于我国第一、二代发动机的需求，我国研制和发展了GH系列的变形高温合金以及K系列的铸造高温合金，同时发展了许多新的制造技术，如真空熔炼和铸造、空心叶片铸造、等温锻造等。　　70年代后，在高温合金的研制中，我国引进了欧美技

6、术，按国外的技术标准进行研制和生产，对材料的纯洁度和综合性能提出了更高要求，研制了高性能变形高温合金、铸造高温合金。尤其是DZ系列的定向凝固柱晶合金和DD系列的单晶合金的研究与发展，使我国高温合金在生产工艺技术和产品质量控制上了一个新台阶。　　近几年来，根据新型飞机的研制发展需求，我国高温合金研发又进入新阶段。通过新材料、新工艺的发展和应用，我国研制和生产了一系列高性能新合金。　　铝合金　　铝合金的比强度和比刚度与钢相似，但由于其密度较低，在同样的强度水平下可提供截面更厚的材料，在受压时的抗屈曲能力更佳，

7、因此铝合金成了经典的飞机结构材料。　　欧美国家航空铝合金的发展已经历了第一代静强度铝合金、第二代耐腐蚀铝合金和第三代高纯铝合金。　　20世纪80年代末至90年代中期，精密热处理技术及合金成分精确控制等关键技术取得突破，第四代耐损伤铝合金2524-T3和7150-T77研制成功，这是航空铝合金研究跨时代的进步。传统铝合金因此完成了向高性能铝合金的里程碑式大发展。　　在第四代铝合金技术发展的同时，铝锂合金也被运用在先进的特大型民用飞机上。空客A380选用铝锂合金制造地板梁，空客A350选用铝锂合金制造机身蒙皮

8、和地板结构等，其用量预计高达总结构重量的23%。　　第四代铝合金技术研制成功之后，国际上正在进行低成本铝合金的研制开发工作。2003年美铝公司提出了“20-20计划”：20年内使飞机的制造成本降低20%，同时实现减重20%。　　国内航空铝合金的发展已走过几个发展阶段。总的来说，我国铝合金的研制主要瞄准国际先进水平，但关键技术的突破以及品种、规格的系列化发展和工程应用水平距离国外还有较大差距，亟待建立第三、四代铝合金的完善材料体