Aviatsiya ishlab chiqarish yuqori texnologiyalarning eng konsentrlangan sohasi bo'lib, ilg'or ishlab chiqarish texnologiyasiga tegishli. Masalan, amerikalik Pratt & Whitney tomonidan ishlab chiqilgan F119 dvigateli, General Electric kompaniyasining F120 dvigateli, Fransiyaning SNECMA kompaniyasining M88-2 dvigateli va Buyuk Britaniya, Germaniya birgalikda ishlab chiqilgan EJ200 dvigateli. , Italiya va Ispaniya. Ta'kidlash joizki, dunyodagi eng ilg'or darajani ifodalovchi ushbu aviamotorlar yangi materiallar, yangi jarayonlar va yangi texnologiyalardan foydalanishning umumiy xususiyatiga ega. Ishlatilgan ettita yangi material mos ravishda quyidagicha kiritiladi:
1
Uglerod/Karbon kompozitsiyasi
Uglerod/uglerod kompozitlari nima? Bu uglerod tolasi va uning matolari bilan mustahkamlangan, past zichlikka ega (<2.0g/cm3), high strength, high specific modulus, high thermal conductivity, low expansion coefficient, good friction performance, and good thermal shock resistance , high dimensional stability, etc., especially the few candidate materials used above 1650 °C, the highest theoretical temperature is as high as 2600 °C, so it is considered to be one of the most promising high-temperature materials in the world.
Uglerod / uglerod kompozitlari juda ko'p yuqori haroratli xususiyatlarga ega bo'lsa-da, ular aerobik muhitda 400 darajadan yuqori haroratda oksidlanish reaktsiyalariga uchraydi, natijada materialning xususiyatlari keskin pasayadi. Shuning uchun yuqori haroratli aerobik muhitda uglerod / uglerod kompozitlarini qo'llash oksidlanishdan himoya choralariga ega bo'lishi kerak. Uglerod / uglerod kompozitlarini oksidlanishdan himoya qilish asosan quyidagi ikki yo'l bilan amalga oshiriladi, ya'ni matritsani o'zgartirish va sirt faol nuqtalarining passivatsiyasi uglerod / uglerod kompozitlarini past haroratlarda himoya qilish uchun ishlatilishi mumkin; harorat oshishi bilan, oksidlanishdan himoya qilish maqsadiga erishish uchun uglerod / uglerod kompozit materialini kislorod bilan bevosita aloqa qilishdan izolyatsiya qilish uchun qoplama usuli qo'llanilishi kerak. Hozirgi vaqtda qoplama usuli eng ko'p qo'llaniladigan usul hisoblanadi. Ilm-fan va texnologiyaning uzluksiz rivojlanishi bilan uglerod / uglerodli kompozit materiallarning ultra yuqori harorat ko'rsatkichlariga tobora ko'proq tayanib bormoqda va ultra yuqori harorat sharoitida oksidlanishdan himoyalanishning yagona mumkin bo'lgan yechimi faqat qoplamali himoya bo'lishi mumkin. .
Shuni ta'kidlash kerakki, C / C asosidagi kompozit materiallar so'nggi yillarda dunyoda eng ko'p e'tiborga ega bo'lgan yuqori haroratga chidamli yangi materialdir. Chunki faqat C/C kompozit materiallar turbina rotori qanotlari uchun 20 dan ortiq tortishish nisbati va dvigatel kirish harorati 1930-2227 daraja bo'lgan yagona o'rinbosar materiallar hisoblanadi. Rivojlangan sanoat mamlakatlari tomonidan amalga oshirilgan eng oliy strategik maqsad.
C / C asosidagi kompozit material deb ataladigan narsa uglerod tolasi bilan mustahkamlangan uglerodli asosiy kompozit material bo'lib, u uglerodning refrakter xususiyatlarini uglerod tolasining yuqori quvvati va yuqori qattiqligi bilan birlashtirib, uni mo'rt bo'lmagan qiladi. C/C asosidagi kompozit materiallar engil vazn, yuqori quvvat, yuqori issiqlik barqarorligi va mukammal issiqlik o'tkazuvchanligiga ega bo'lganligi sababli, ular bugungi kunda eng ideal yuqori haroratga chidamli materiallardir, ayniqsa 1000-1300 daraja C yuqori haroratli muhitda. Nafaqat kuch-quvvat kamaymadi, balki oshirishga ham muvaffaq bo'ldi. Ayniqsa, u 1650 darajadan past bo'lsa, u hali ham kuch va inoyatni xona haroratida saqlaydi. Shu sababli, C / C asosidagi kompozitlar aerokosmik ishlab chiqarishda katta rivojlanish salohiyatiga ega.
Shuni ta'kidlash kerakki, Aero-dvigatellarni qo'llashda C / C asosidagi kompozit materiallarning asosiy muammolaridan biri zaif oksidlanish qarshiligidir. Shu sababli, so'nggi yillarda Qo'shma Shtatlar ushbu muammoni hal qilish uchun bir qator texnologik chora-tadbirlarni qabul qildi va asta-sekin yangi dvigatelga qo'llanildi. Misol uchun, Amerika F119 dvigatelidagi kuydirgichning quyruq ko'krak qafasi, F100 dvigatelining ko'krak va yonish kamerasining ko'krak qafasi va F120 tekshirish mashinasining yonish kamerasining ba'zi qismlari C/C asosidagi kompozit materiallardan tayyorlangan. Yana bir misol, frantsuz M{6}} dvigateli va Mirage 2000 dvigatelining keyingi yondiruvchi yonilg'i quyish tayog'i, issiqlik pardasi va nozulida ham C/C asosidagi kompozit materiallardan foydalaniladi.
2
Ultra yuqori quvvatli po'latdan yangi material
Ultra yuqori quvvatli po'lat nima? -1940-yillarning oʻrtalarida Qoʻshma Shtatlar Cr-Mo poʻlat (AISI4130) va Cr-Ni-Mo poʻlatini (AISI 4340) ishlab chiqdi. Söndürme va past haroratli temperaturadan so'ng, kuchlanish kuchlari mos ravishda 170 va 190kgf / mm2 ni tashkil etdi. 1950-yillarning boshlarida Si va V AISI 4340 po'latiga 190 ~ 210kgf / mm2 kuchlanish kuchi bilan 300M qilish uchun qo'shildi. 1960 yilda Xalqaro Nikel kompaniyasi 180kgf/mm2 valentlik quvvati, 390kgf/mm gacha bo'lgan sinish chidamliligi bilan marajlangan po'lat ishlab chiqardi. 1970-yillarda Qo'shma Shtatlar C ni kamaytirdi va 300M asosida Si ni oshirdi, mustahkamlikni oshirdi va HP310 po'latiga aylandi; marajlangan po'lat asosida, u 170kgf / mm2 valentlik kuchi va 400kgf / mm2 mm sinish chidamliligi bilan AF1410 po'latiga aylandi.
rasm
Shunisi e'tiborga loyiqki, ultra yuqori quvvatli po'lat yuqori kuchlanish kuchiga ega bo'lishi va etarli darajada mustahkamligini saqlab turishi kerak. Bundan tashqari, komponentning og'irligini kamaytirish uchun katta o'ziga xos kuch (kuchning zichlikka nisbati) va yuqori rentabellik nisbati (s/sb) talab qilinadi va yaxshi payvandlanuvchanlik va shakllanuvchanlik va boshqa jarayon xususiyatlariga ega bo'lishi kerak. Ultra yuqori quvvatli po'lat metallurgiya sifatiga juda yuqori talablarga ega va ko'pincha elektr yoy pechlari va elektroshlaklarni qayta eritish orqali eritiladi. Yuqori tozalikni talab qiladigan po'lat turlari, asosan, vakuumli induksion pechlarda yoki vakuumli iste'mol qilinadigan elektr yoy pechlarida eritiladi. O'rta va past qotishma ultra yuqori quvvatli po'latlarni issiqlik bilan ishlov berish jarayonida dekarburizatsiya qilishning oldini olish kerak; marajlangan po'latlar va yog'ingarchilik bilan qotib qoladigan zanglamaydigan po'latlar oddiy isitish pechlarida qattiq eritma bilan ishlov berilishi mumkin. Payvandlash uchun himoya gazli payvandlash yoki argon volfram boshq manbalaridan foydalanish kerak. Yuqori uglerodli (taxminan 0,4 foiz) ba'zi past qotishma ultra yuqori quvvatli po'latlar payvandlashdan so'ng darhol kuchlanishdan xalos bo'lishi kerak.
Shuni ta'kidlash kerakki, samolyotlarda qo'nish moslamasi uchun material sifatida ultra yuqori quvvatli po'latdan foydalaniladi. Misol uchun, ikkinchi avlod samolyotlarida qo'llaniladigan qo'nish moslamasi 30CrMnSiNi2A po'latdan yasalgan bo'lib, 1700MPa kuchlanish kuchiga ega. Bunday qo'nish moslamasining qisqa xizmat muddati taxminan 2000 soat parvoz qiladi.
Yana bir misol, uchinchi avlod qiruvchi samolyotining dizayni qo'nish moslamasining xizmat qilish muddati 5,{2}} parvoz soatidan oshishini talab qiladi. Shu bilan birga, havo jihozlarining ko'payishi tufayli samolyot konstruktsiyasining og'irlik koeffitsienti pasayadi, qo'nish moslamalari materiallari va ishlab chiqarish texnologiyasini tanlashga yuqori talablar qo'yiladi. AQSh ham, bizning uchinchi avlod qiruvchi samolyotlarimiz ham 300M po'latdan (1950MPa kuchlanish) qo'nish moslamalarini ishlab chiqarish texnologiyasidan foydalanadilar.
Darhaqiqat, materialni qo'llash texnologiyasini takomillashtirish qo'nish moslamasining ishlash muddatini yanada kengaytirishga va moslashuvchanlikni kengaytirishga yordam beradi. Misol uchun, Evropa Airbus A380 samolyotining qo'nish moslamasi o'ta katta integral zarb zarb texnologiyasini, yangi atmosferani himoya qiluvchi issiqlik bilan ishlov berish texnologiyasini va yuqori tezlikda olov püskürtme texnologiyasini qabul qiladi, shuning uchun qo'nish moslamasining ishlash muddati dizayn talablariga javob berishi mumkin. Shu sababli, yangi materiallar va ishlab chiqarish texnikasining joriy etilishi samolyotlarni almashtirishni ta'minladi.
rasm
Barchamizga ma'lumki, korroziyaga chidamli muhitda samolyotlarning uzoq umr ko'rish dizayni materiallarga yuqori talablarni qo'yadi. Misol uchun, AerMet100 po'lati 300M po'lat bilan bir xil kuch darajasiga ega, ammo uning umumiy korroziyaga chidamliligi va stress korroziyaga chidamliligi 300M po'latdan sezilarli darajada yaxshi. Tegishli qo'nish moslamalarini ishlab chiqarish texnologiyasi F/A-18E/F, F-22 va F-35 kabi ilg'or samolyotlarga qo'llanilgan. Yuqori quvvatli Aermet310 po'lati kamroq sinish chidamliligiga ega va doimiy ravishda ishlab chiqilmoqda va takomillashtirilmoqda. Zararga chidamli o'ta kuchli po'lat AF1410 ning yoriq o'sish tezligi juda sekin, undan B-1 samolyoti qanoti aktuatorining birikmasi sifatida foydalanish mumkin, bu Ti dan 10,6 foizga engilroq. -6Al-4V, ishlov berish unumdorligi 60 foizga oshgan va tannarxi 30,3 foizga kamaygan. Misol uchun, Rossiyaning Smig-1.42 kompaniyasida ishlatiladigan yuqori quvvatli zanglamaydigan po'lat miqdori 30 foizga teng. PH{25}}Mo korroziyaga chidamli komponentlar sifatida keng qoʻllaniladigan yagona yuqori quvvatli martensitli choʻkma-qattiqlashtiruvchi zanglamaydigan poʻlatdir. CSS-42L, Gearmet C69 va boshqalar kabi oʻta yuqori quvvatli tishli (podshipnik) poʻlatlari ham xalqaro miqyosda ishlab chiqilgan va dvigatellar, vertolyotlar va aerokosmik sohalarda qoʻllanilgan.
3
Yuqori haroratli qotishma material
Superqotishma materiallari nima? Yuqori haroratli qotishmalar aslida uch turdagi materiallarga bo'linadi: 760 daraja yuqori haroratli materiallar, 1200 daraja yuqori haroratli materiallar va 1500 daraja yuqori haroratli materiallar, 800MPa kuchlanish kuchiga ega. Boshqacha qilib aytganda, bu uzoq vaqt davomida 760-1500 daraja va muayyan stress sharoitida ishlaydigan yuqori haroratli metall materiallarga tegishli. Uning muhim xususiyatlari: u mukammal yuqori haroratga chidamliligi, yaxshi oksidlanish qarshiligi va termal korroziyaga chidamliligi, yaxshi charchoq ko'rsatkichi, sinish chidamliligi va boshqa keng qamrovli xususiyatlarga ega va harbiy va fuqarolik uchun gaz turbinali dvigatellarning issiq so'nggi qismlari uchun almashtirib bo'lmaydigan asosiy materialga aylandi. butun dunyoda foydalaning.
760 daraja yuqori haroratli materiallar 1930-yillarning oxiridan boshlab Buyuk Britaniya, Germaniya, AQSh va boshqa mamlakatlar super qotishmalarni o'rganishni boshladilar. Ikkinchi jahon urushi davrida yangi aero-dvigatellarning ehtiyojlarini qondirish uchun super qotishmalarni tadqiq qilish va ulardan foydalanish jadal rivojlanish davriga kirdi. 1940-yillarning boshlarida Birlashgan Qirollik birinchi marta 80Ni{6}}Cr qotishmasiga oz miqdorda alyuminiy va titanni qoʻshib, mustahkamlash uchun faza (gamma-prime) hosil qildi va nikel asosidagi qotishmani ishlab chiqdi. - harorat kuchi. Bu davrda pistonli aerodvigatellar uchun turbokompressorlarni ishlab chiqish ehtiyojlarini qondirish uchun Qo'shma Shtatlar pichoqlarni tayyorlash uchun Vitallium kobalt qotishmalaridan foydalana boshladi.
rasm
Shuni ta'kidlash kerakki, Qo'shma Shtatlar reaktiv dvigatellar uchun yonish kameralarini tayyorlash uchun Inconel nikel asosidagi qotishmalarni ham ishlab chiqdi. Keyinchalik, qotishmaning yuqori haroratga chidamliligini yanada yaxshilash uchun metallurglar alyuminiy va titanning tarkibini oshirish uchun nikel asosidagi qotishma tarkibiga volfram, molibden va kobalt kabi elementlarni qo'shdilar va bir qator qotishmalarni ishlab chiqdilar, masalan. Buyuk Britaniyada "Nimonik" va AQShda "Nimonic" sifatida. "Mar-M" va "IN" va boshqalar; X-45, HA-188, FSX-414 va boshqalar kabi yuqori haroratli qotishmalarni ishlab chiqish uchun kobalt asosidagi qotishmalarga nikel, volfram va boshqa elementlarni qoʻshish. kobalt resurslarining etishmasligi, kobalt asosidagi super qotishmalarning rivojlanishi cheklangan.
1940-yillarda temir asosidagi super qotishmalar ham ishlab chiqilgan. 1950-yillarda A-286 va Incoloy901 kabi sinflar paydo bo'ldi, ammo yuqori harorat barqarorligi pastligi sababli rivojlanish sekin edi. Sobiq Ittifoqda 1950-yilda “EI” markali nikel asosidagi super qotishmalar ishlab chiqarila boshlandi, keyinchalik “EP” seriyali deformatsiyalangan super qotishmalar va JS seriyali quyma super qotishmalar ishlab chiqarildi. 1970-yillarda Amerika Qo'shma Shtatlari yo'nalishli kristallanish pichoqlari va chang metallurgiya turbinali disklarini ishlab chiqarish uchun yangi ishlab chiqarish jarayonini qabul qildi va havo kirish haroratining doimiy o'sishi ehtiyojlarini qondirish uchun bitta kristalli pichoqlar kabi yuqori haroratli qotishma komponentlarni ishlab chiqdi. - dvigatel turbinalari.
Superqotishmalar reaktiv dvigatellarning materiallarga bo'lgan juda talabchan talablariga javob berish uchun ishlab chiqilgan va harbiy va fuqarolik gaz turbinali dvigatelning issiq qismlari uchun almashtirib bo'lmaydigan asosiy materialga aylandi. Ilg'or aero-dvigatellarda yuqori haroratli qotishmalarning ulushi 50 foizdan oshdi.
Yuqori haroratli qotishmalarning rivojlanishi aviadvigatellarning texnologik taraqqiyoti bilan chambarchas bog'liq, ayniqsa turbinali disk, turbinali pichoq materiali va dvigatelning issiq qismlarini ishlab chiqarish jarayoni dvigatel rivojlanishining muhim belgilaridir. Materialning yuqori haroratga chidamliligi va stressga chidamliligi uchun yuqori talablar tufayli Ni3 (Al, Ti) mustahkamlangan Nimonic80 qotishmasi Buyuk Britaniyada dastlabki kunlarda ishlab chiqilgan bo'lib, u turbinali pichoq uchun material sifatida ishlatilgan. turbojetli dvigatel. Bundan tashqari, Nimonic seriyali qotishmasi doimiy ravishda ishlab chiqildi. Qo'shma Shtatlar mashhur Pratt & Whitney Company, GE Company va Special Metals kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilgan Inconel, Mar-M va Udmit qotishma seriyalari kabi alyuminiy va titanni o'z ichiga olgan dispersiya bilan mustahkamlangan nikel asosidagi qotishmalarni ishlab chiqdi.
rasm
Superqotishmalarni ishlab chiqish jarayonida ishlab chiqarish jarayoni qotishmalarning rivojlanishiga yordam berishda katta rol o'ynaydi. Vakuumli eritish texnologiyasining paydo bo'lishi tufayli qotishmalarda zararli aralashmalar va gazlarni olib tashlash, ayniqsa qotishma tarkibini aniq nazorat qilish, super qotishmalarning ish faoliyatini doimiy ravishda yaxshiladi. Xususan, yo‘nalishli qotish, monokristal o‘sishi, chang metallurgiyasi, mexanik qotishma, keramik yadro, keramik filtrlash va izotermik zarb kabi yangi texnologiyalarni muvaffaqiyatli tadqiq etish super qotishmalarning jadal rivojlanishiga yordam berdi. Ular orasida yo'nalishli qotish texnologiyasi eng ko'zga ko'ringan. Yo'nalishli qat'iylashuv jarayonida ishlab chiqarilgan yo'nalishli va yagona kristalli qotishma dastlabki erish nuqtasining 90 foiziga yaqin xizmat ko'rsatish haroratiga ega. Shu sababli, butun dunyo bo'ylab ilg'or aero-dvigatel pichoqlari turbina pichoqlarini ishlab chiqarish uchun yo'naltirilgan, bitta kristalli qotishmalardan foydalanadi. Global nuqtai nazardan, nikel asosidagi quyma super qotishmalar teng o'qli kristallar, yo'nalish bo'yicha mustahkamlangan ustunli kristallar va yagona kristalli qotishma tizimlarini hosil qildi. Kukunli super qotishmalar birinchi avloddan 650 darajadan 750 darajagacha, 850 darajali chang turbinali disklar va yuqori samarali dvigatellar uchun ikki tomonlama samarali kukunli disklar ishlab chiqilgan.
4
keramik matritsali kompozitsiyalar
Seramika matritsali kompozitlar nima? Bu matritsa va turli tolalar sifatida keramikadan foydalanadigan kompozitsion materialning bir turi. Keramika matritsasi silikon nitridi va silikon karbid kabi yuqori haroratli strukturali keramika bo'lishi mumkin. Ushbu ilg'or keramika yuqori haroratga chidamlilik, yuqori quvvat va qattiqlik, nisbatan engil vazn va korroziyaga chidamlilik kabi ajoyib xususiyatlarga ega. O'limga olib keladigan zaiflik shundaki, ular mo'rt. Ular stress ostida bo'lganda, ular moddiy nosozlikni keltirib chiqarishi uchun yorilib ketadi yoki hatto sinadi. Kuchli, yuqori elastik tola va matritsali kompozitsiyadan foydalanish keramikaning mustahkamligi va ishonchliligini oshirishning samarali usuli hisoblanadi. Elyaflar yoriqlar kengayishiga yo'l qo'ymaydi, shuning uchun tola bilan mustahkamlangan keramik matritsali kompozitlarni mukammal mustahkamlikka ega bo'ladi.
rasm
Seramika matritsali kompozitlar suyuq raketa dvigatellari nozullari, raketa radomlari, kosmik kemaning burun konuslari, samolyot tormoz disklari va yuqori sifatli avtomobil tormoz disklari va boshqalar sifatida ishlatilgan va yuqori texnologiyali yangi materiallarning muhim tarmog'iga aylangan.
Keramika materiallari mukammal aşınma qarshilik, yuqori qattiqlik va yaxshi korroziyaga chidamliligiga ega bo'lganligi sababli ular keng qo'llanilgan. Biroq, keramikaning eng katta kamchiligi shundaki, ular mo'rt va yoriqlar va teshiklarga sezgir. 1980-yillardan beri keramik materiallarga zarrachalar, mo'ylovlar va tolalarni qo'shish orqali olingan keramik matritsali kompozitlar keramikaning qattiqligini sezilarli darajada yaxshilagan.
Seramika matritsali kompozitlar yuqori quvvatga, yuqori modulga, past zichlikka, yuqori haroratga chidamliligiga, aşınmaya bardoshli va korroziyaga chidamliligiga va yaxshi pishiqlikka ega va yuqori tezlikda kesish asboblari va ichki yonish dvigatelining qismlarida qo'llanilgan. Biroq, bu turdagi materiallarning rivojlanishi nisbatan kech bo'lib, uning salohiyati hali yanada rivojlantirilmagan. Tadqiqotning asosiy maqsadi uni yuqori haroratli materiallarga va aşınmaya bardoshli va korroziyaga chidamli materiallarga, masalan, yuqori quvvatli ichki yonish dvigatellari uchun yaxshilangan turbinalar, aerokosmik transport vositalari uchun termal komponentlar va metallar o'rniga avtomobil dvigatellari, neft-kimyo konteynerlari uchun qo'llashdir. , chiqindilarni yoqish uskunalari va boshqalar.
Keramika haqida gap ketganda, odamlar tabiiy ravishda uning mo'rtligi haqida o'ylashadi. O'n yildan ko'proq vaqt oldin, agar u muhandislik sohasida yuk ko'taruvchi qism sifatida ishlatilgan bo'lsa, uni hech kim qabul qila olmaydi. Hozirgacha keramik kompozit materiallar haqida gap ketganda, ba'zi odamlar keramika va metallar dastlab ikkita ahamiyatsiz material deb o'ylashlari mumkin. Biroq, odamlar seramika va metallarni mohirona birlashtirganligi sababli, odamlarning ushbu material haqidagi tushunchasi tubdan o'zgardi, ya'ni keramik matritsali kompozitlar.
Seramika matritsali kompozit material aviatsiya sanoati sohasida juda istiqbolli yangi strukturaviy material bo'lib, ayniqsa aero-dvigatel ishlab chiqarishni qo'llashda o'zining o'ziga xosligini tobora ko'proq namoyon etmoqda. Engil vazn va yuqori qattiqlikning afzalliklaridan tashqari, seramika matritsali kompozitlar ham mukammal yuqori harorat qarshiligiga va yuqori haroratli korroziyaga chidamliligiga ega. Hozirgi vaqtda keramik matritsali kompozitlar yuqori haroratga chidamliligi bo'yicha metall issiqlikka chidamli materiallardan oshib ketdi va yaxshi mexanik xususiyatlarga va kimyoviy barqarorlikka ega. Ular yuqori samarali turbinali dvigatellarning yuqori haroratli joylari uchun ideal va ajoyib materiallardir.
rasm
Butun dunyo mamlakatlari yangi avlod ilg'or dvigatellarining moddiy talablarini qondirish uchun kremniy nitridi va kremniy karbid bilan mustahkamlangan keramika bo'yicha tadqiqotlarga e'tibor qaratmoqda.
materiallar, va ayniqsa, zamonaviy aero-dvigatellarda katta yutuqlarga erishdi. Misol uchun, Amerika tekshirish mashinasining F120 dvigateli, uning yuqori bosimli turbinani yopish moslamasi va yonish kamerasining yuqori haroratli ba'zi qismlari keramik materiallardan tayyorlangan. Yana bir misol, frantsuz M88-2 dvigatelining yonish kamerasi va nozulida ham keramik matritsali kompozitlardan foydalaniladi.
5
Intermetalik birikmalarning yangi materiallari
Intermetalik birikmalar nima? Metall va metallarning birikmalari yoki metallar va metalloidlar (masalan, H, B, N, S, P, C, Si va boshqalar). Ikki metalning atomlari ma'lum nisbatda birlashtirilib, dastlabki ikkita kristall panjaradan farq qiladigan qotishma tarkibini hosil qiladi. Intermetalik birikmalar keng e'tiborga ega bo'lgan yangi turdagi materiallardir.
rasm
Darhaqiqat, yuqori samarali, yuqori tortishish va og'irlik nisbati bo'lgan aerodvigatellarning rivojlanishi intermetalik birikmalarning rivojlanishi va qo'llanilishiga yordam berdi. Intermetall birikmalar odatda ikkilik, uchlik yoki ko'p elementli metall elementlardan tashkil topgan birikmalardir. Intermetalik birikmalar yuqori haroratli strukturaviy ilovalarda katta imkoniyatlarga ega. U yuqori xizmat ko'rsatish haroratiga, o'ziga xos kuchga, issiqlik o'tkazuvchanligiga ega va ayniqsa yuqori haroratda, shuningdek, yaxshi oksidlanish qarshiligi, korroziyaga chidamliligi va yuqori o'rmalanish kuchiga ega. . Bunga qo'shimcha ravishda, intermetalik birikma super qotishma va seramika materiali o'rtasida yangi material bo'lganligi sababli, u ikki material orasidagi bo'shliqni to'ldiradi, shuning uchun u aero-dvigatellarning yuqori haroratli komponentlari uchun ideal materiallardan biriga aylanadi.
Global aero-dvigatel tuzilishida tadqiqot va ishlanmalar asosan titanium-alyuminiy va nikel-alyuminiy kabi intermetal birikmalarga qaratilgan. Ushbu titanium alyuminiy birikmalari asosan titanium bilan bir xil zichlikka ega, ammo yuqori xizmat ko'rsatish haroratiga ega. Masalan, TiAl ning ish harorati mos ravishda 816 daraja va 982 daraja. Intermetalik birikma atomlar o'rtasida kuchli bog'lanish va murakkab kristalli tuzilishga ega, bu uning deformatsiyasini qiyinlashtiradi va xona haroratida qattiq va mo'rt bo'ladi. Ko'p yillik eksperimental tadqiqotlardan so'ng, yuqori harorat kuchi, xona haroratining plastisitivligi va qattiqligi bilan yangi turdagi qotishma muvaffaqiyatli ishlab chiqildi va u o'rnatildi va qo'llanildi va ta'sir juda yaxshi. Misol uchun, Qo'shma Shtatlardagi yuqori samarali F119 dvigateli korpus va turbina disklarida intermetalik birikmalardan, F120 tekshirish mashinasining kompressor pichoqlari va disklarida yangi titanium-alyuminiy intermetalik birikmalaridan foydalaniladi.
6
qatron matritsali kompozitsiyalar
Qatronlar matritsali kompozitlar nima? Odatda shisha tola, uglerod tolasi, bazalt tolasi yoki aramid tolasi kabi tolali armaturalardan foydalangan holda, organik polimerga asoslangan tola bilan mustahkamlangan materialdir. Qatronlar asosidagi kompozit materiallar aviatsiya, avtomobil va dengiz sanoatida keng qo'llaniladi.
rasm
Kompozit materiallarning qatronlar matritsasi asosan termoset qatronidir. 1940-yillardayoq shisha tolali plastmassalardan qiruvchi samolyotlar va bombardimonchi samolyotlarda radom sifatida foydalanilgan. 1960-yillarda Qo'shma Shtatlar F-4 va F-111 kabi harbiy samolyotlarda rul, gorizontal stabilizator, qanot orqa qirralari, rul eshiklari va boshqalar sifatida bor tolasi bilan mustahkamlangan epoksi qatronidan foydalangan. Raketa ishlab chiqarish nuqtai nazaridan, 1950-yillarning oxirida AQShning "Polaris A{7}}" o'rta masofali suv osti raketasining ikkinchi bosqichli qattiq raketa dvigatelining korpusida shisha tolali mustahkamlangan epoksi qatronli o'rash qismlari ishlatilgan, ular yaxshiroq. po'lat korpuslarga qaraganda. 27 foizga engilroq; Keyinchalik oddiy shisha tola o'rniga yuqori samarali shisha tolasi ishlatilgan "Polaris A-3" ni ishlab chiqarish uchun qobiq og'irligi po'lat qobiqqa qaraganda 50 foizga engilroq bo'ldi, shuning uchun "Polaris A{{" diapazoni 12}}" raketasi 2700 ming metrdan 4500 kmgacha o'zgartirildi. O'tgan asrning 70-yillarida epoksi qatronini mustahkamlash uchun shisha tolasi o'rniga aramid tolasi ishlatilgan va og'irligi kamaygan holda mustahkamlik sezilarli darajada yaxshilangan. Uglerod tolasi bilan mustahkamlangan epoksi qatron kompozitlari samolyotlar, raketalar, sun'iy yo'ldoshlar va boshqa tuzilmalarda keng qo'llaniladi.
Qatronlar asosidagi kompozit materiallarni aviatsiya turbofan dvigatellarida qo'llash bo'yicha tadqiqotlar 1950-yillarda boshlangan. 60 yildan ortiq rivojlanishdan so'ng, GE, PW, RR, MTU, SNECMA va boshqa kompaniyalar qatronlar asosidagi kompozit materiallarni tadqiq qilish va rivojlantirishga ko'p energiya sarfladilar va katta yutuqlarga erishdilar va uning muhandisligi faol aviatsiya turbofan dvigatellari uchun qo'llanilgan va uning qo'llanilishini yanada kengaytirish tendentsiyasi mavjud.
Qatronlar matritsali kompozitlarning xizmat ko'rsatish harorati odatda 350 darajadan oshmaydi. Shuning uchun qatron matritsali kompozitlar asosan aero-dvigatellarning sovuq uchida qo'llaniladi.
7
metall matritsali kompozitsiyalar
Metall matritsali kompozitlar nima? Bu matritsa va bir yoki bir nechta metall yoki metall bo'lmagan armatura sifatida metall va uning qotishmasi bilan sun'iy ravishda birlashtirilgan kompozit materialdir. Uning mustahkamlovchi materiallarining aksariyati noorganik metall bo'lmaganlar, masalan, keramika, uglerod, grafit va bor va boshqalar bo'lib, metall simlardan ham foydalanish mumkin. Polimer matritsali kompozitlar, keramik matritsali kompozitlar va uglerod / uglerod kompozitlari bilan birgalikda zamonaviy kompozit tizimni tashkil qiladi.
rasm
Metall matritsali kompozit materiallarning xususiyatlari: mexanika nuqtai nazaridan ular yuqori ko'ndalang va kesish kuchiga ega, qattiqlik va charchoq kabi yaxshi keng qamrovli mexanik xususiyatlarga ega, shuningdek, issiqlik o'tkazuvchanligi, elektr o'tkazuvchanligi, aşınma qarshiligi, kichik issiqlik kengayish koeffitsienti, yaxshi dampingga ega. , namlikni yutish va korroziyaga qarshilik yo'q. Qarish va ifloslanish yo'qligi kabi afzalliklar. Masalan, uglerod tolasi bilan mustahkamlangan alyuminiy kompozit materiallarning o'ziga xos kuchi 3 ~ 4 × 107 mm, o'ziga xos modul esa 6 ~ 8 × 109 mm. Misol uchun, grafit tolasi bilan mustahkamlangan magniyning o'ziga xos moduli 1,5 × 1010 mm ga yetishi mumkin va uning termal kengayish koeffitsienti deyarli nolga teng.
Shuni ta'kidlash kerakki, qatronlar asosidagi kompozit materiallar bilan solishtirganda, metall asosidagi kompozit materiallar yaxshi pishiqlikka ega, namlikni yutmaydi va nisbatan yuqori haroratga bardosh bera oladi. Metall matritsali kompozitlarning mustahkamlovchi tolalari zanglamaydigan po'lat, volfram, qo'rg'oshin, nikel-alyuminiy intermetalik birikmalar va boshqalar kabi metall tolalarni o'z ichiga oladi; keramik tolalar, masalan, alumina, kremniy oksidi, uglerod, bor, kremniy karbid va boshqalar.
Metall matritsali kompozitlarning matritsa materiallari alyuminiy, alyuminiy qotishmasi, magniy, Chin va Chin qotishmalari, issiqlikka bardoshli qotishmalar, olmos qotishmalari va boshqalarni o'z ichiga oladi. Ular orasida alyuminiy qotishmalari, alyuminiy qotishmalari va temir qotishmalariga asoslangan kompozit materiallar hozirgi vaqtda asosiy tanlovdir. . Masalan, SiC tolasi bilan mustahkamlangan Chin qotishma matritsa kompozitlari kompressor pichoqlarini tayyorlash uchun ishlatilishi mumkin. Turbofan pichoqlarini ishlab chiqarish uchun uglerod tolasi yoki alumina tolasi bilan mustahkamlangan magniy yoki magniy qotishma matritsali kompozitlardan foydalanish mumkin. Yana bir misol, nikel-xrom-alyuminiy-iridiy tolasi bilan mustahkamlangan nikel asosidagi qotishma matritsali kompozitlar turbinalar va kompressorlar uchun muhr elementlarini ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin.
Bundan tashqari, fan korpuslari, rotorlar, kompressor disklari va boshqa qismlar chet elda metall matritsali kompozitlardan tayyorlanadi. Ammo bunday kompozitsion materialning eng katta muammolaridan biri shundaki, mustahkamlovchi tola va matritsali metall o'rtasida oson reaksiyaga kirishib, mo'rt faza hosil bo'ladi, bu materialning ishlashini yomonlashtiradi. Ayniqsa, u yuqori haroratda uzoq vaqt ishlatilsa, interfeysning reaktsiyasi ko'proq namoyon bo'ladi. Hozirgi yechim tolalar yuzasiga tegishli qoplamalarni qo'shish va matritsali metallni turli tolalar va turli substratlar bo'yicha qotishma bo'lib, interfeys reaktsiyasini sekinlashtiradi va kompozit material ishlashining ishonchliligini ta'minlaydi.
rasm
Dvigatel fan pichoqlarida ishlatiladigan materiallar
Dvigatel fanining pichog'i turbofan dvigatelining eng vakili va juda muhim qismidir va turbofan dvigatelining ishlashi uning rivojlanishi bilan chambarchas bog'liq. Titanium qotishma fan pichoqlari bilan solishtirganda, qatron matritsali kompozit materiallar fan pichoqlari vaznni kamaytirishda juda aniq afzalliklarga ega. Og'irlikni kamaytirishning aniq afzalliklariga qo'shimcha ravishda, qatronlar asosidagi kompozit fan pichoqlari zarbadan keyin fan korpusiga kamroq ta'sir qiladi, shuning uchun fan korpusini saqlashni yaxshilash foydalidir.
Xorijiy mamlakatlarda tijorat maqsadlarida foydalanish uchun kompozit fan qanotlarining asosiy vakillari quyidagilardir: B777 uchun GE90 seriyali dvigatellar, B787 uchun GEnx dvigatellari va COMAC C919 uchun LEAP-X dvigatellari. 1995-yilda qatronlar asosidagi kompozit materiallardan ventilyator pichoqlari bilan jihozlangan GE{6}}B dvigateli rasmiy ravishda tijorat maqsadlarida foydalanishga topshirildi, bu esa qatronlar asosidagi kompozit materiallarning zamonaviy yuqori samarali aviadvigatellarda muhandislik qo'llanilishining rasmiy amalga oshirilishini ko'rsatdi. . Aerodinamika, yuqori va past sikl charchoq davrlari va boshqa omillarni har tomonlama hisobga olish asosida GE keyingi GE90-115B dvigateli uchun yangi kompozit fan qanotini ishlab chiqdi.
21-asrda aero-dvigatellarning yuqori zararga chidamli kompozit materiallarga bo'lgan kuchli talabi kompozit materiallar texnologiyasini yanada rivojlantirishga turtki bo'ladi va uglerod tolasining mustahkamligini doimiy ravishda yaxshilash orqali yuqori zararga chidamli materiallar talablariga javob berish qiyin. /epoksi qatroni prepreglari. Natijada, 3D to'quv strukturasi kompozit fan pichoqlari paydo bo'la boshladi.
Dvigatel fanining korpusida ishlatiladigan materiallar
Dvigatel fanining korpusi aeromotorning eng katta statsionar qismi bo'lib, uning og'irligining kamayishi to'g'ridan-to'g'ri havo dvigatelining tortishish va og'irlik nisbati va samaradorligiga ta'sir qiladi. Shu sababli, xorijiy ilg'or aero-dvigatel OEM'lari har doim fan korpusining vaznini kamaytirish va tizimli optimallashtirishga sodiq bo'lgan.
rasm
Dvigatel fan qopqog'i uchun ishlatiladigan materiallar
Asosiy yuk ko'tarmaydigan komponent bo'lganligi sababli, fan qopqog'i aeromotorda kompozit materiallardan tayyorlangan birinchi qismlardan biridir. Kompozit materiallardan tayyorlangan fan qopqog'i engilroq og'irlik, soddalashtirilgan muzga qarshi tuzilmani, korroziyaga chidamliligini va charchoqqa chidamliligini ta'minlaydi. Mashhur RR kompaniyasining RB211 dvigateli, PW kompaniyasining PW1000G va PW4000 kabi qurilmalari fan qopqoqlarini tayyorlash uchun qatronlar asosidagi kompozit materiallardan foydalanadi.
Aero-motorli asosiy kadrlar bilan solishtirganda, qatronlar asosidagi kompozit materiallar aero-dvigatel nacellelarida juda keng qo'llaniladigan maydonga ega. Jahon ishlab chiqaruvchilari qatronlar asosidagi kompozit materiallardan keng miqyosda nacelle inlets, fairings, reversers va shovqinni kamaytiradigan astarlarda foydalanganlar. Material. Boshqa qismlarga kelsak, qatronlar asosidagi kompozit materiallar, shuningdek, aero-dvigatelli fan yugurish plitalari, rulmanli sızdırmazlık qopqoqlari va qopqoq plitalari uchun turli darajada qo'llaniladi.
