鈦在國外航空噴氣發動機上應用 |
[ 信息發布:本站 | 發布時間:2021-10-08 | 瀏覽:32858 ] |
航空工業是(shì)用鈦的主要領域,而噴氣發動機又是用鈦主要領域中的重要部分。據美國有關方麵的統計,1959年-1973年,美國噴氣發動機製造業用(yòng)鈦占全國總消(xiāo)費量的37%-50%,而(ér)小型亞聲(shēng)速噴氣發動機的用鈦量則占其總質量(liàng)的1/3。在航空發動機中,用鈦材製造中等溫度構件比鋼材具有更高的(de)疲勞強度、屈服程度、蠕(rú)變強度、較低的彈性模量,因而能降低疲勞載荷時的(de)應力。鈦合金有(yǒu)很高的抗腐蝕性能,能大大舒(shū)緩噴氣發動機的壓(yā)縮(suō)性能。提高發動(dòng)機壓氣(qì)機的增壓比和渦輪進(jìn)氣口燃氣溫度,可以提高發動機(jī)的總效率(lǜ),從而提高發動(dòng)機推力,改善推重比(bǐ)和降(jiàng)低油耗。美國和英國發動機壓氣機的總壓比由上世紀60年代初期的10-13,增(zēng)長到70年代的20-27,並正在逐年上升,總(zǒng)壓有望增大到50。在未采取冷(lěng)卻技術條件下(xià),多用途戰鬥機渦輪進氣口溫(wēn)度早已超過(guò)1650℃。 由於發動機(jī)工(gōng)作條件的嚴酷和尺(chǐ)寸的加大,輕(qīng)合金與不鏽鋼很難勝任,於是用量有所(suǒ)不降,而鈦合金(jīn)和高溫合金由於其生產成本的下降,加工性能的不斷提高,及采用新的工藝,它的(de)優勢更加顯(xiǎn)現(xiàn)和突出,在發動機中的應用逐年增多(duō)。1950年-1980年,美國幾種主要航空發動機的用材概況見(jiàn)下表(biǎo)。 美國普拉特-惠特尼(Pratt & Whitney)公司(sī)生產的噴(pēn)氣發動機所用(yòng)的鈦材為總質量的(de)7%-15%,通用電氣(GE)公司J73噴氣發動機使用的鈦材為6%,J79發動(dòng)機轉子原來17級為不鏽鋼的,後改11級鈦合金的,J79-8發動機用的鈦材為20%,J79-3發動機用了(le)4%鈦材。 美國航空發動機用鈦始於1954年,當時為B52轟炸機裝備了(le)4台(tái)鈦的(de)發動機J57,用鈦材7%-15%,進氣閘與低壓閘用的是工業純鈦,低壓壓縮機的葉片、盤和盤隔板用(yòng)的是Ti-6Al-4V合金(jīn)。JT3D渦輪風扇發(fā)動機(jī)的(de)用鈦量為15%:低(dī)壓壓氣機風扇葉片、葉片隔板和風扇閥用的都是Ti-6Al-4V,風扇葉片長406mm,比壓氣機葉(yè)片長2倍以(yǐ)上,由於這些構件都用鈦合金製成,發動機性能有了較大提高。 JT9D發動機風扇葉片長(zhǎng)711 mm,比壓氣機葉片幾乎長10倍。軍用JT3D改型發動機和TF33發動機(jī)使用了2%鈦材。JT9D渦輪風扇發動機的用鈦量占其總質量的28%,約1.035t,其46塊風扇葉片都(dōu)是用Ti-6Al-4V合金製的;低壓壓氣機轉子和11級高壓壓氣機中的9級都是用Ti-6Al-4V、Ti-8Al-1Mo-1V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo合金打造的,後一種合(hé)金是一種高溫合金,工作(zuò)溫度(dù)480℃,用量(liàng)450kg,靜子葉片采(cǎi)用Ti-5AI-2.5Sn,改型的JT9F發動(dòng)機用了4.5t鈦材,鈦材成本占(zhàn)發動機的5%。TF39風扇發動機用的鈦材達33%,裝備於C5A軍用運輸機(jī),重約3t,壓氣(qì)機盤及葉片以Ti-6Al-4V及Ti-5AI-2.5Sn打造,壓氣機毛坯是鍛造的,原重312kg,後改用(yòng)精鍛,降至126kg,葉片(piàn)毛(máo)重原來為21.5kg,鍛後僅5.7kg。 GE4渦輪噴氣發動機總重約5t,使用10%鈦,前四(sì)級(jí)空心壓氣機均用Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo合金,是一種高蠕變合金(jīn),工作溫(wēn)度可達500℃,比Ti-6Al-4V合金的高100℃。采用鈦代替鋼製造(zào)升力發動機的(de)一些構件,可以提高(gāo)推重比(bǐ),例如(rú),日本JR100發動機壓(yā)氣機(jī)及渦輪原為鋼製的,改用鈦合金及耐熱(rè)鋁合金製造的JR200發動機的推重比由10上升到16。它的第一壓氣(qì)機葉片、前軸、壓氣機盤、渦車(chē)後軸(zhóu)及盤均改用(yòng)日本的KS150合金(Ti-5AI-2Cr-1Fe)製造,壓氣機的靜態(tài)葉(yè)片用Ti-6Al-4V合金代替Cr12不鏽鋼(gāng),質量減輕43%。 在俄羅斯,裝備伊爾-62運輸機的HK8渦輪風扇發動機約使用了占其質(zhì)量40%的(de)鈦合金,裝備圖-144超聲速運輸機的HK144渦輪發(fā)動(dòng)機也用了不少鈦合(hé)金。 英國RR公(gōng)司((Rolls–Royce)的RB172型發(fā)動機的高壓壓氣機鼓輪是用鈦合金IMI685(Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si)製造的,它有(yǒu)高的抗蠕變性、斷裂(liè)韌性和優秀的可焊性。 空客A320和麥道MD-90型(xíng)民機上用的V2500型發動(dòng)機是雙軸渦輪風扇噴氣式,質量2.2t,鈦合金結構件占31%,是英國、美國、德國、意大利和日本(běn)共同研發(fā)的。高壓壓氣機是RR公司製造(zào)的,其3級-6級用(yòng)的是有高抗蠕變性能的IMl550(Ti-4Al-4Mo-2Sn-0.5Si)合金(jīn);日本製造的風扇和低壓氣機主要采(cǎi)用Ti-6Al-4V合金。 |
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