Koppar är en formbar, formbar och utmärkt ledare av värme och elektricitet. Det används i olika industrier, inklusive el, konstruktion, fordon och VVS. Det finns olika kvaliteter och standarder för kopparmaterial, och här är några av dem:
Under de senaste åren, samtidigt som de har fortsatt att uppmärksamma flygplanens och motorernas säkerhet, har den inhemska och utländska flyggemenskapen också blivit alltmer bekymrad över att spara resurser, minska kostnaderna, skydda miljön och andra frågor. Mot denna bakgrund har den gröna flygindustrin gjort vissa framsteg. Grön luftfart täcker hela utvecklings- och användningsprocessen för flygplansdesign, tillverkning, användning, underhåll, pensionering, återvinning, etc., som involverar tekniska områden inklusive gröna material, grön tillverkning, grönt underhåll, etc.
Det så kallade gröna materialet avser maximering av resursutnyttjande och minimering av användningskostnad och miljöpåverkan under hela cykeln av materialdesign, val av råmaterial, bearbetning och tillverkning, förpackning och transport, användning, återvinning och återanvändning. Vårt land har börjat kraftfullt utveckla ny materialteknik, varje ny materialteknik har fått ett genombrott, ny materialforskning inom flyg har gjort glädjande framgångar. När man ser in i framtiden kommer nya flygmaterial att utvecklas i riktning mot multifunktion, hög prestanda, nya processer, låg kostnad och nya koncept. Med förbättringen av Kinas oberoende forsknings- och utvecklingsnivå inom området för nya flygmaterial måste vi övergripande förbättra den tekniska nivån för gröna flygmaterial från aspekterna av materialdesign, beredningsprocess, materialutveckling, återvinning och andra aspekter, och gemensamt skapa en bättre framtid för grönt flyg.
För det första, nödvändigheten av att utveckla grön flygindustri
2021 är det första året av den 14:e femårsplanen. Som kärnpositionen för hela den militära industrikedjan förväntas den nya materialsektorn inleda ett större utrymme för utveckling. 1900-talet är ett sekel av snabb utveckling av modern vetenskap och teknik, en av de viktiga symbolerna är de briljanta prestationer som människor har gjort inom flyg- och astronautik. Under 2000-talet har flygindustrin visat ett bredare perspektiv för utveckling, och flygverksamhet på hög eller ultrahög nivå har blivit vanligare. Flygindustrins stora landvinningar är oskiljaktiga från utvecklingen och genombrottet av materialteknik för flyg- och rymdindustrin. Material är grunden och föregångaren till modern högteknologi och industri och är i stor utsträckning förutsättningen för högteknologins genombrott. Utvecklingen av flyg- och rymdmaterial spelar en stark roll för att stödja och garantera flygtekniken. I sin tur leder utvecklingsbehoven för flygteknik i hög grad och främjar utvecklingen av flygmaterial. Man kan säga att materialutvecklingen spelar en viktig stödjande roll vid uppgraderingen av flygplan.
Flygmaterial är inte bara materialgarantin för utveckling och produktion av flygtekniska produkter, utan också den tekniska grunden för uppgradering av flygprodukter. Material spelar en viktig roll i utvecklingen av flygindustrin och flygprodukter. Under 2000-talet utvecklas flygmaterial i riktning mot hög prestanda, hög funktion, multifunktion, struktur och funktionsintegration, sammansatt, intelligent, låg kostnad och miljökompatibilitet.
I sin regeringsrapport från 2022 föreslog tidigare premiärminister Li Keqiang att kontinuerligt förbättra den ekologiska miljön, främja grön och koldioxidsnål utveckling, stärka föroreningskontroll och ekologiskt skydd och återställande, hitta en balans mellan utveckling och utsläppsminskning och främja harmonisk samexistens mellan människan och naturen. Under de senaste åren, samtidigt som de har fortsatt att uppmärksamma flygplanssäkerheten, har den inhemska och utländska flyggemenskapen också blivit alltmer oroad över resursbesparingar, kostnadsminskningar, miljöskydd och andra frågor. I detta sammanhang har det gröna flyget gjort vissa framsteg. Flygplan mot säkrare och pålitligare, lätta, tuffa, gröna utvecklingsriktningar, ställer alltså högre och högre krav på material, men främjar också flygplanet i flyghastighet, tillförlitlighet, låg kostnad, hög effektivitet och komfort och andra aspekter av uppgraderingen . Under den nya industriella situationen är utvecklingen av avancerade gröna flygmaterial och dess berednings- och bearbetningsteknik av stor betydelse för att stödja den hållbara utvecklingen av den kinesiska flygindustrin. Med ett ord, driven av den snabba utvecklingen av den globala moderna industrin, är den gröna utvecklingen av flygmaterial en oundviklig trend och ett brådskande krav för ekonomisk utveckling.
Ii. Forskningsframsteg av nytt flygmaterial
Flygplansmaterial bestämmer i viss mån kostnaden för tillverkning av flygplanskroppsstruktur. Eftersom Kinas flygutrustning huvudsakligen introducerades i ett tidigt skede, använder den huvudsakligen det främmande materialsystemet i materialvalet. Under de senaste åren har Kina börjat kraftfullt utveckla ny materialteknik, och den nya materialteknologin har gjort kontinuerliga genombrott, och forskningen om nya flygmaterial har också gjort glädjande prestationer. Det finns dock fortfarande en stor klyfta mellan den övergripande nivån på flygindustrin för nya material och den internationella avancerade nivån.
(A) Titanlegering: utmärkta egenskaper hos "universalmetallen"
Titan har egenskaperna låg specifik vikt och hög specifik hållfasthet, och dess legering är av stor betydelse för att öka dragkraft-viktförhållandet för flygplan inom flyg- och rymdområdet och har använts i stor utsträckning under de senaste åren. Förutom militära och rymdindustrier används titanlegering också i stor utsträckning inom kemi, metallurgi, medicin, sport och fritid och andra områden.
Utvecklingsstatus för titanlegeringsmaterial för flyg utomlands
1) Högtemperatur titanlegering: hög temperatur titanlegering används huvudsakligen i flygplansklaffglidskena, lagerhus, konsol, motorhuv, kompressorskiva och blad, hölje och andra strukturella ramdelar. Dessa komponenter kräver hög specifik hållfasthet, utmattningshållfasthet, krypmotstånd och strukturell stabilitet vid 300 ~ 600 grader. För närvarande, på uppdrag av den internationella avancerade nivån av högtemperatur titanlegering varumärken omfattar främst Förenta staterna Ti-6242S, Ti-1100, IMI834, Rysslands BT36 och så vidare.
2) Höghållfast titanlegering: Höghållfast titanlegering hänvisar vanligtvis till draghållfastheten hos mer än 1000 MPa titanlegering, som huvudsakligen används för att ersätta det höghållfasta konstruktionsstålet som vanligtvis används i flygplanskonstruktioner, kan uppnå 10 procents viktminskning. För närvarande är de höghållfasta titanlegeringar som används i flygplan huvudsakligen titanlegeringar av typ titanlegeringar, representativa för de viktigaste Ti-1023, BT22, Ti-153, -21S och så vidare.
3) Flamskyddande titanlegering: För närvarande är de typiska flamskyddande titanlegeringarna legering C i USA och BTT-1 i Ryssland. Legering C (Ti-35V-15Cr), utvecklad i USA, är en titanlegering av typ med god hållfasthet vid hög temperatur och oxidationsbeständighet. Den har applicerats på högtryckskompressorhuset, ledskenan och vektorstjärtmunstycket på Fl19-motorn. Ti-Cu-Al BTT-1 flamskyddad titanlegering som utvecklats i Ryssland har god termisk bearbetbarhet och har använts i motorkompressorhus och blad.
Utvecklingsstatus för titanlegeringsmaterial för inrikesflyg
1) Högtemperatur titanlegering: Ti-60 legering är en 600 graders högtemperatur titanlegering oberoende utvecklad av vårt land. Legeringen är baserad på TAL2 (Ti-55)-legering som tillsätter Al-, Sn-, Si-element med lämpligt innehåll, för att ytterligare förbättra legeringens termiska stabilitet, krypning vid hög temperatur och oxidationsbeständighet vid hög temperatur.
2) Höghållfast strukturell titanlegering: En sats av höghållfast strukturell titanlegering utvecklades oberoende på 1970- till 1990-talet. Styrkan hos dessa titanlegeringar kan nå nivån 1100-1300MPa. I början av 2000-talet finns det två typer av representativa beta titanlegeringar: ① nästan titan Ti-B18, draghållfastheten kan nå 1150 ~ 1350MPa; ② Metastabil titanlegering Ti-B20, draghållfasthet upp till 1200 ~ 1600MPa.
3) Flamskyddande titanlegering: Under åren har Kina utfört djupgående forskning om flamskyddande titanlegering. Med hänvisning till AlloyC-legering, designades Ti-V-Cr-Al, Ti-Mo-Cr-Al, Ti-Mo-V-Cr-Al3 serier av flamskyddade titanlegeringar respektive, och anti-förbränningsmekanismen studerades med hjälp av av datorsimulering. Dessutom designades TF1 (Ti-V-Cr-C-serien) och TF2 (Ti-Cu-serien) flamskyddade titanlegeringar efter systematisk analys av olika system i USA, Storbritannien och Ryssland. Ti-40 (Ti-V-Cr-Si)-legering är en flamskyddande titanlegering av typen som utvecklats oberoende i Kina. Jämfört med konventionell titanlegering har Ti-40-legeringen utmärkta flamskyddande och mekaniska egenskaper. För närvarande har legeringsforskningen utvecklats från laboratorieskala till semi-industriell skala, har kunnat förbereda Ti40 ton göt, stor stång och ringsmide.
På grund av den sena starten av den inhemska flygtillverkningsindustrin är konsumtionen av titan och titanlegeringsmaterial i det inhemska flygfältet inte stor, titanmaterial som används inom flygområdet stod för mindre än 20 procent, långt under den internationella genomsnittsnivån på cirka 50 procent och titanindustrin jämfört med utvecklade länder finns det fortfarande ett stort gap: För det första är high-end titanlegeringsprodukter fortfarande huvudsakligen imitationer, materialutvecklingsnivån är låg, applikationsområdet är smalt, hög omfattande prestanda och låg- kostnadsutvecklingen av titanlegering är mestadels i laboratoriestadiet; För det andra är kvaliteten på metallurgin inte stabil, färre sorter, ofullständiga specifikationer; För det tredje är forskningsframstegen för relaterade stödjande tekniker långsamma, och det egenutvecklade titanlegeringsmaterialsystemet måste förbättras.
(2) Superlegering: fokuserar på behoven hos militära motorer
Superlegering, för hög temperatur
Traditionellt stål mjuknar över 300 grader Celsius och klarar inte av höga temperaturer. För att uppnå högre energiomvandlingseffektivitet behöver området för termisk motorkraft högre och högre arbetstemperatur. Som ett resultat har superlegeringar avlats för att fungera stabilt vid temperaturer över 600 grader Celsius, och tekniken fortsätter att förbättras.
Superlegeringar delas in i järnbaserade superlegeringar och nickelbaserade superlegeringar enligt huvudelementen i legeringen. Enligt Zhiyan Consulting, uppdelat på produktprocess 2018, stod produktionen av nickelbaserad superlegering för 80 procent, järnbaserad superlegering 14,3 procent och koboltbaserad superlegering 5,7 procent.
Superlegering är nyckelmaterialet i flygmotorer. Superalloy har använts i flygmotorer sedan dess födelse och är ett viktigt material för tillverkning av flygmotorer. Motorns prestandanivå beror till stor del på prestandanivån hos superlegeringsmaterialet. I moderna flygmotorer står mängden superlegeringsmaterial för 40 procent ~ 60 procent av motorns totala vikt. Den används huvudsakligen i fyra varma komponenter: förbränningskammare, styrning, turbinblad och turbinskiva. Dessutom används den även i hölje, ringdelar, efterbrännare och stjärtmunstycke.
Den kinesiska högtemperaturlegeringsindustrin befinner sig för närvarande i tillväxtperioden, och industrikedjeföretagen har ett brett utvecklingsutrymme i framtiden. Antalet superlegeringsföretag i Kina är begränsat, och produktionsnivån släpar efter den i USA, Ryssland och andra länder. Under de senaste åren har dock produktionskapaciteten och produktionsvärdet förbättrats avsevärt. Många produktionskapacitetsprojekt för superlegeringar av Lianshi Aviation, Western Superconductor och andra företag är under uppbyggnad och tas i drift.
Egenskaperna hos superlegering för flygmotorer utvecklas kontinuerligt
1) Järnbaserad superlegering: en av egenskaperna hos kinesiska superlegeringssystem.
På grund av bristen på nickel och lite kobolt i kinesiska resurser blev utveckling, produktion och applicering av järnbaserad superlegering en lysande scen på 1960- och 1970-talen.
Järnbaserade superlegeringar används vanligtvis i motordelar med låga driftstemperaturer (600~850 grader C), såsom turbinskivor, hölje och axlar. Fe-baserad superlegering har dock goda mekaniska egenskaper vid medeltemperatur, jämförbara med eller bättre än liknande nickelbaserade legeringar. Dessutom är den billig och lätt att deformera vid varmbearbetning. Därför används Fe-baserad superlegering fortfarande i stor utsträckning som turbinskivor och turbinbladsmaterial inom området medeltemperatur.
2) Nickelbaserad superlegering: deformation/gjutning/ny legering uppgradering efter generation.
Nickelbaserade superlegeringar fungerar i allmänhet under vissa stressförhållanden över 600 grader. De har inte bara bra oxidationsbeständighet och korrosionsbeständighet vid hög temperatur, utan har också hög temperaturhållfasthet, kryphållfasthet och varaktig styrka, samt god utmattningsbeständighet. Det används främst inom flyg- och rymdområdet för strukturella komponenter som arbetar under höga temperaturer, såsom arbetsblad, turbinskivor, flygmotorers förbränningskammare, etc.
Enligt tillverkningsprocessen kan nickelbaserad superlegering delas in i variabel legering, gjutsuperlegering, ny superlegering. Nickelbaserad gjuten superlegering används främst i turbinstyrblad i motorer, där driftstemperaturen kan nå mer än 1100 grader, eller kan även användas i turbinblad, vars temperatur är lägre än motsvarande styrblad 50-100 grad .
Eftersom den värmebeständiga legeringsarbetstemperaturen är högre och högre, förstärkningselementen i legeringen är fler och fler, kompositionen är mer komplex, vilket resulterar i att vissa legeringar endast kan användas i gjutet tillstånd, kan inte vara varmarbetande deformation. Dessutom gör ökningen av legeringselement sammansättningssegregeringen av nickelbaserad legering allvarlig efter stelning, vilket resulterar i ojämn mikrostruktur och egenskaper. Att använda pulvermetallurgisk process för att producera superlegering kan lösa ovanstående problem. Eftersom pulverpartikeln är liten är kylningshastigheten snabb när pulver tillverkas, segregationen elimineras, varmbearbetbarheten förbättras, legeringen som bara kan gjutas ändras till deformationssuperlegeringen som kan varmbearbetas, sträckgränsen och utmattningsegenskaperna förbättras, har pulversuperlegeringen skapat ett nytt sätt för tillverkning av legeringar med högre hållfasthet. Pulver-superlegering används huvudsakligen vid tillverkning av turbinskivor av avancerad flygmotor med högt dragkraftsförhållande, och även vid tillverkning av kompressorskiva, turbinaxel, turbinbaffel och andra högtemperaturvarma delar av avancerad flygmotor.
3) koboltbaserad superlegering: korrosionsbeständighet och andra specialområden har breda utsikter.
Oxidationsbeständigheten hos koboltbaserad superlegering är dålig, men dess termiska korrosionsbeständighet är bättre än nickel. Koboltbaserad superlegering har också starkare högtemperaturhållfasthet, termisk korrosionsbeständighet, termisk utmattning och krypmotstånd än nickelbaserad superlegering, som är lämplig för tillverkning av gasturbinstyrblad och munstycken.
På grund av begränsade resurser har koboltbaserade legeringar som K40, GH188 och L605 utvecklats i vårt land. Sedan 2001 har GE:s forskning inom koboltbaserade superlegeringar fokuserat på att använda koboltbaserade superlegeringar som substratmaterial för gasturbiner och att förbereda beläggningar såsom termiska barriärbeläggningar på legeringarnas yta för att förbättra korrosionsbeständigheten.
På grund av materiella begränsningar är kobolt relativt sällsynt och dyrt på jorden. För närvarande har värmen från koboltbaserad forskning minskat, och många vetenskapliga undersökningar förblir i det teoretiska stadiet, såsom digitala modelleringsexperiment.
Den första generationen av militärflygplanslegering, motor med högtemperaturlegering eller gå in i den snabba volymperioden
Temperaturkraven på motorn ökar. Ett högt dragkraft-till-viktförhållande kräver en högre munstyckstemperatur och ett materialstöd vid en högre driftstemperatur. I utvecklingen av superlegering i världen har motorblad och skivmaterial upplevt fyra steg, nämligen deformation, gjutning, orientering och enkristall. Temperaturen höjs gradvis från 600 grader till mer än 1100 grader.
Uppgraderingen av militära flygplan har åtföljts av uppgraderingen av superlegeringar. Kärnmaterialet i den första generationens turbofläktmotor är deformerad superlegering, och kärnmaterialets arbetstemperatur är 650 grader. Genom den fjärde generationens turbofläktmotor har kärnmaterialets arbetstemperatur nått 1200 grader, och enkristall-superlegeringen antas. Uppgraderingen av militära flygplan har åtföljts av uppgraderingen av superlegering, motorns kärnmaterial. Uppgraderingen av superlegering kräver forskning