Медта е ковък, пластичен и отличен проводник на топлина и електричество. Използва се в различни индустрии, включително електротехника, строителство, автомобилостроене и водопровод. Има различни степени и стандарти на медни материали и ето някои от тях:
През последните години, въпреки че продължава да обръща внимание на безопасността на самолетите и двигателите, местната и чуждестранната авиационна общност също е все по-загрижена за спестяването на ресурси, намаляването на разходите, опазването на околната среда и други въпроси. На този фон зелената авиационна индустрия постигна известен напредък. Зелената авиация обхваща целия процес на разработване и използване на дизайна на въздухоплавателни средства, производството, употребата, поддръжката, пенсионирането, възстановяването и т.н., включващи технически области, включително екологични материали, екологично производство, екологична поддръжка и др.
Така нареченият зелен материал се отнася до максимизирането на използването на ресурсите и минимизирането на разходите за използване и въздействието върху околната среда по време на целия цикъл на проектиране на материала, избор на суровини, обработка и производство, опаковане и транспортиране, използване, възстановяване и повторна употреба. Страната ни започна енергично да развива нови технологии за материали, всяка нова технология за материали е направена пробив, изследванията на нови материали в авиацията постигнаха задоволителни постижения. Поглеждайки в бъдещето, нови авиационни материали ще бъдат разработени в посока на многоцелеви, висока производителност, нови процеси, ниска цена и нови концепции. С подобряването на нивото на независими научни изследвания и разработки в Китай в областта на новите авиационни материали, ние трябва цялостно да подобрим техническото ниво на зелените авиационни материали от аспектите на дизайна на материалите, процеса на подготовка, разработването на материали, рециклирането и други аспекти, и съвместно създаде по-добро бъдеще на зелената авиация.
Първо, необходимостта от развитие на зелена авиационна индустрия
2021 г. е първата година от 14-ия петгодишен план. Като основна позиция на цялата верига на военната индустрия, новият материален сектор се очаква да въведе по-голямо пространство за развитие. 20-ти век е век на бързо развитие на съвременната наука и технологии, един от важните символи са блестящите постижения на човечеството в областта на аеронавтиката и космонавтиката. През 21-ви век авиокосмическата индустрия показа по-широка перспектива за развитие и аерокосмическите дейности на високо или свръхвисоко ниво станаха по-чести. Големите постижения на аерокосмическата индустрия са неделими от развитието и пробива на технологията на аерокосмическите материали. Материалите са в основата и предшественика на съвременните високи технологии и индустрия и до голяма степен са предпоставката за пробива на високите технологии. Развитието на аерокосмическите материали играе важна роля в подкрепата и гарантирането на аерокосмическата технология. На свой ред, нуждите от развитие на аерокосмическата технология значително водят и насърчават развитието на аерокосмическите материали. Може да се каже, че напредъкът на материалите играе ключова спомагателна роля при надграждането на самолетите.
Аеронавигационните материали са не само материалната гаранция за разработването и производството на аеронавигационни продукти, но и техническата основа за модернизацията на аеронавигационните продукти. Материалите играят важна роля в развитието на авиационната индустрия и авиационни продукти. През 21-ви век авиационните материали се развиват в посока на висока производителност, висока функционалност, многофункционалност, структурна и функционална интеграция, комбиниране, интелигентност, ниска цена и съвместимост с околната среда.
В своя доклад за работата на правителството за 2022 г. бившият премиер Ли Къцян предложи непрекъснато подобряване на екологичната среда, насърчаване на зелено и нисковъглеродно развитие, засилване на контрола на замърсяването и екологичната защита и възстановяване, постигане на баланс между развитието и намаляването на емисиите и насърчаване на хармоничното съвместно съществуване между човек и природа. През последните години, въпреки че продължава да обръща внимание на безопасността на въздухоплавателните средства, местната и чуждестранната авиационна общност също е все по-загрижена за спестяването на ресурси, намаляването на разходите, опазването на околната среда и други въпроси. В този контекст зелената авиация отбеляза известен напредък. Самолетите към по-безопасна и надеждна, лека, здрава, зелена посока на развитие, като по този начин поставят все по-високи и по-високи изисквания за материали, но също така насърчават самолета по отношение на скоростта на полета, надеждността, ниската цена, високата ефективност и комфорта и други аспекти на надстройката . При новата индустриална ситуация разработването на екологични авиационни материали от висок клас и тяхната технология за подготовка и обработка е от голямо значение за подпомагане на устойчивото развитие на китайската авиационна индустрия. С една дума, водено от бързото развитие на глобалната модерна индустрия, зеленото развитие на авиационни материали е неизбежна тенденция и спешно изискване на икономическото развитие.
II. Напредък в изследванията на нови аеронавигационни материали
Материалите за самолетите до известна степен определят разходите за производство на конструкцията на корпуса на самолета. Тъй като китайското авиационно оборудване е въведено главно в ранния етап, то използва главно системата за чужди материали при избора на материали. През последните години Китай започна енергично да разработва нови технологии за материали и технологията за нови материали постигна непрекъснати пробиви, а изследванията върху новите авиационни материали също постигнаха задоволителни постижения. Въпреки това все още има голяма разлика между общото ниво на производството на нови материали в авиацията и международното високо ниво.
(A) Титанова сплав: отлични свойства на "универсалния метал"
Титанът има характеристиките на ниско специфично тегло и висока специфична якост и неговата сплав е от голямо значение за увеличаване на съотношението тяга-тегло на самолетите в космическата област и се използва широко през последните години. В допълнение към военните и космическите области, титановата сплав се използва широко и в химията, металургията, медицината, спорта и развлеченията и други области.
Състояние на развитието на материали от титанови сплави за авиацията в чужбина
1) Високотемпературна титанова сплав: високотемпературната титанова сплав се използва главно в плъзгащата се релса на клапата на самолета, корпуса на лагера, скобата, капака на двигателя, диска и острието на компресора, корпуса и други структурни части на рамката. Тези компоненти изискват висока специфична якост, якост на умора, устойчивост на пълзене и структурна стабилност при 300 ~ 600 градуса. Понастоящем от името на международното напреднало ниво на високотемпературни марки титанови сплави включват главно Съединените щати Ti-6242S, Ti-1100, IMI834, Русия BT36 и т.н.
2) Титаниева сплав с висока якост: Титанова сплав с висока якост обикновено се отнася до якостта на опън на повече от 1000 MPa титаниева сплав, използвана главно за замяна на високоякостната структурна стомана, често използвана в структурата на самолетите, може да постигне 10 процента намаление на теглото. Понастоящем високоякостните титанови сплави, използвани в самолетите, са главно тип титанови сплави, представителни за основните Ti-1023, BT22, Ti-153, -21S и т.н.
3) Забавяща горенето титаниева сплав: В момента типичните забавящи горенето титанови сплави са сплав C в Съединените щати и BTT-1 в Русия. Сплав C (Ti-35V-15Cr), разработена в Съединените щати, е титаниева сплав от тип с добра якост при висока температура и устойчивост на окисление. Той е приложен към корпуса на компресора за високо налягане, направляващата лопатка и векторната опашка на двигателя Fl19. Ti-Cu-Al BTT-1 титаниева сплав със забавяне на горенето, разработена в Русия, има добра термична обработваемост и се използва в корпуса и лопатките на компресора на двигателя.
Състояние на развитието на материали от титанови сплави за вътрешната авиация
1) Високотемпературна титанова сплав: Ti-60 сплавта е 600-градусова високотемпературна титанова сплав, независимо разработена от нашата страна. Сплавта се основава на сплав TAl₂ (Ti-55) с добавяне на Al, Sn, Si елементи с подходящо съдържание, така че допълнително да се подобри термичната стабилност, високата температура на пълзене и устойчивостта на високотемпературно окисление на сплавта.
2) Структурна титанова сплав с висока якост: Партида структурна титаниева сплав с висока якост е разработена независимо през 1970-те до 1990-те години. Якостта на тези титанови сплави може да достигне ниво 1100-1300MPa. В началото на 21-ви век има два вида представителна бета титанова сплав: ① почти титан Ti-B18, якостта на опън може да достигне 1150 ~ 1350MPa; ② Метастабилна титанова сплав Ti-B20, якост на опън до 1200 ~ 1600MPa.
3) Титаниева сплав със забавяне на горенето: През годините Китай проведе задълбочени изследвания на титаниева сплав със забавяне на горенето. Позовавайки се на сплав AlloyC, Ti-V-Cr-Al, Ti-Mo-Cr-Al, Ti-Mo-V-Cr-Al3 серия от титанови сплави, забавящи горенето, са проектирани съответно и механизмът против горене е изследван чрез средства на компютърна симулация. В допълнение, TF1 (серия Ti-V-Cr-C) и TF2 (серия Ti-Cu) огнезащитни титанови сплави са проектирани след систематичен анализ на различни системи на Съединените щати, Великобритания и Русия. Ti-40 (Ti-V-Cr-Si) сплавта е титанова сплав със забавяне на горенето, независимо разработена в Китай. В сравнение с конвенционалната титанова сплав, сплавта Ti-40 има отлични свойства за забавяне на горенето и механични свойства. Понастоящем изследванията на сплавите се развиха от лабораторен мащаб до полупромишлен мащаб, успяха да подготвят слитък Ti40 тона, пръти с голям размер и изковки за пръстени.
Поради късния старт на вътрешната авиационна промишленост потреблението на материали от титан и титанови сплави в областта на вътрешната авиация не е голямо, титаниевите материали, използвани в областта на авиацията, представляват по-малко от 20 процента, далеч под средното международно ниво от около 50 процента и титановата промишленост в сравнение с развитите страни все още има голяма празнина: Първо, продуктите от висок клас титанови сплави все още са предимно имитация, нивото на развитие на материала е ниско, обхватът на приложение е тесен, висока цялостна производителност и ниска разходите за разработване на титанови сплави са предимно в лабораторна фаза; Второ, качеството на металургията не е стабилно, по-малко разновидности, непълни спецификации; Трето, напредъкът в изследванията на свързаните поддържащи технологии е бавен и самостоятелно разработената материална система от титанова сплав трябва да бъде подобрена.
(2) Superalloy: фокусиране върху нуждите на военните двигатели
Суперсплав, за висока температура
Традиционната стомана омеква над 300 градуса по Целзий и не може да се справи с високи температури. За да се постигне по-висока ефективност на преобразуване на енергия, полето на топлинната мощност на двигателя се нуждае от все по-висока работна температура. В резултат на това суперсплавите са създадени да работят стабилно при температури над 600 градуса по Целзий и технологията продължава да се подобрява.
Суперсплавите се разделят на суперсплави на основата на желязо и суперсплави на базата на никел според основните елементи на сплавта. Според Zhiyan Consulting, разделени по продуктови процеси през 2018 г., производството на суперсплави на базата на никел представлява 80 процента, суперсплави на базата на желязо 14,3 процента и суперсплави на основата на кобалт 5,7 процента.
Суперсплавта е основният материал на авиационния двигател. Суперсплавта се използва в авиационни двигатели от самото му раждане и е важен материал за производството на авиационни двигатели. Нивото на производителност на двигателя до голяма степен зависи от нивото на производителност на суперсплавния материал. В съвременните авиационни двигатели количеството суперлегиран материал представлява 40% ~ 60% от общото тегло на двигателя. Използва се главно в четири горещи крайни компонента: горивна камера, водач, турбинна лопатка и турбинен диск. В допълнение, той се използва и в корпуса, пръстеновидните части, доизгарянето и опашната дюза.
Китайската индустрия за високотемпературни сплави в момента е в период на растеж и предприятията от индустриалната верига имат широко пространство за развитие в бъдеще. Броят на предприятията за производство на суперсплави в Китай е ограничен и нивото на производство изостава от това в Съединените щати, Русия и други страни. През последните години обаче производственият капацитет и стойността на продукцията са значително подобрени. Много проекти за капацитет за производство на суперсплави на Lianshi Aviation, Western Superconductor и други компании са в процес на изграждане и пуснати в експлоатация.
Свойствата на суперсплавта за авиационен двигател се развиват непрекъснато
1) Свръхсплав на основата на желязо: една от характеристиките на китайската суперсплавна система.
Поради липсата на никел и малко кобалт в китайските ресурси, разработването, производството и приложението на суперсплави на основата на желязо се превърнаха в брилянтна сцена през 60-те и 70-те години на миналия век.
Свръхсплавите на основата на желязо обикновено се използват в части на двигатели с ниски работни температури (600~850 градуса C), като турбинни дискове, корпуси и валове. Въпреки това суперсплавта на основата на Fe има добри механични свойства при средна температура, сравними или по-добри от подобни сплави на базата на никел. Освен това е евтин и лесно се деформира при гореща обработка. Следователно суперсплавта на основата на Fe все още се използва широко като материал за турбинни дискове и турбинни лопатки в областта на средната температура.
2) Свръхсплав на базата на никел: деформация/отливане/надграждане на нова сплав по поколение.
Суперсплавите на базата на никел обикновено работят при определени условия на напрежение над 600 градуса. Те не само имат добра устойчивост на окисляване и устойчивост на корозия при висока температура, но също така имат устойчивост на висока температура, якост на пълзене и трайна якост, както и добра устойчивост на умора. Използва се главно в космическата област за структурни компоненти, работещи при условия на висока температура, като работни лопатки, турбинни дискове, горивни камери на авиационни двигатели и др.
Според производствения процес суперсплавта на базата на никел може да бъде разделена на променлива сплав, суперсплав за леене, нова суперсплав. Летата суперсплав на базата на никел се използва главно в водещите лопатки на турбините в двигателите, където работната температура може да достигне повече от 1100 градуса, или може да се използва и в лопатките на турбините, чиято температура е по-ниска от съответната водеща лопатка 50-100 градуса .
Тъй като работната температура на топлоустойчивата сплав е по-висока и по-висока, укрепващите елементи в сплавта са все повече и повече, съставът е по-сложен, в резултат на което някои сплави могат да се използват само в отлято състояние, не могат да бъдат деформирани при гореща обработка. В допълнение, увеличаването на легиращите елементи прави сегрегацията на състава на никелова сплав сериозна след втвърдяване, което води до неравномерна микроструктура и свойства. Използването на процес на прахова металургия за производство на суперсплав може да реши горните проблеми. Тъй като праховата частица е малка, скоростта на охлаждане е бърза, когато се прави прах, сегрегацията е елиминирана, обработваемостта на горещо е подобрена, сплавта, която може да бъде отлята само, се променя в суперсплав за деформация, която може да бъде обработена на горещо, границата на провлачване и свойствата на умора са подобрени, праховата суперсплав е създала нов начин за производство на сплав с по-висока якост. Прахообразната суперсплав се използва главно в производството на турбинен диск на усъвършенстван авиационен двигател с високо съотношение на тягата, а също и в производството на компресорен диск, турбинен вал, турбинна преграда и други високотемпературни горещи крайни части на усъвършенстван авиационен двигател.
3) суперсплав на основата на кобалт: устойчивостта на корозия и други специални области имат широки перспективи.
Устойчивостта на окисляване на суперсплавта на основата на кобалт е лоша, но устойчивостта му на термична корозия е по-добра от тази на никела. Свръхсплавта на базата на кобалт също има по-силна якост при висока температура, устойчивост на термична корозия, термична умора и устойчивост на пълзене от суперсплавта на никелова основа, която е подходяща за производство на направляващи лопатки и дюзи на газови турбини.
Поради ограничените ресурси в нашата страна са разработени сплави на базата на кобалт като K40, GH188 и L605. От 2001 г. изследванията на GE в суперсплавите на базата на кобалт се фокусират върху използването на суперсплави на основата на кобалт като субстратни материали за газови турбини и приготвяне на покрития като топлинни бариерни покрития върху повърхността на сплавите за подобряване на устойчивостта на корозия.
Поради материалните ограничения кобалтът е сравнително рядък и скъп на Земята. Понастоящем топлината на изследванията, базирани на кобалт, е намаляла и много научни изследвания остават в теоретичен етап, като например експеримент за цифрово моделиране.
Първото поколение сплав за военни самолети, двигател с високотемпературна сплав или влизане в периода на бърз обем
Температурните изисквания на двигателя се увеличават. Високото съотношение на тяга към тегло изисква по-висока температура на дюзата и материална опора при по-висока работна температура. При разработването на суперсплави в света материалите за лопатки и дискове на двигателя са преминали четири етапа, а именно деформация, отливане, ориентация и монокристал. Температурата постепенно се повишава от 600 градуса до повече от 1100 градуса.
Модернизацията на военните самолети беше придружена от модернизация на суперсплави. Материалът на сърцевината на турбовентилаторния двигател от първо поколение е деформирана суперсплав, а работната температура на материала на сърцевината е 650 градуса. При четвъртото поколение турбовентилаторен двигател работната температура на основния материал е достигнала 1200 градуса и е приета монокристална суперсплав. Модернизацията на военните самолети е придружена от модернизация на суперсплав, основният материал на двигателя. Надграждането на суперсплавта се нуждае от проучване