Meď je kujná, ťažná a vynikajúci vodič tepla a elektriny. Používa sa v rôznych priemyselných odvetviach vrátane elektrotechniky, stavebníctva, automobilového priemyslu a inštalatérstva. Existujú rôzne triedy a normy medených materiálov a tu sú niektoré z nich:
V posledných rokoch sa domáca a zahraničná letecká komunita stále viac zaoberá šetrením zdrojov, znižovaním nákladov, ochranou životného prostredia a ďalšími otázkami, pričom sa neustále venuje pozornosť bezpečnosti lietadiel a motorov. V tomto kontexte dosiahol ekologický letecký priemysel určitý pokrok. Zelené letectvo zahŕňa celý proces vývoja a používania lietadiel pri navrhovaní, výrobe, používaní, údržbe, vyraďovaní, obnove atď., vrátane technických oblastí vrátane zelených materiálov, zelenej výroby, údržby zelene atď.
Takzvaný zelený materiál sa vzťahuje na maximalizáciu využitia zdrojov a minimalizáciu nákladov na používanie a dopad na životné prostredie počas celého cyklu materiálového dizajnu, výberu surovín, spracovania a výroby, balenia a prepravy, použitia, zhodnocovania a opätovného použitia. Naša krajina začala energicky rozvíjať novú materiálovú technológiu, každá nová materiálová technológia bola prelomová, výskum nových materiálov v letectve dosiahol potešujúce úspechy. Pri pohľade do budúcnosti sa budú vyvíjať nové letecké materiály v smere viacúčelovosti, vysokého výkonu, nových procesov, nízkych nákladov a nových konceptov. So zlepšením úrovne nezávislého výskumu a vývoja v Číne v oblasti nových leteckých materiálov musíme komplexne zlepšiť technickú úroveň ekologických leteckých materiálov z aspektov materiálového dizajnu, procesu prípravy, vývoja materiálov, recyklácie a ďalších aspektov a spoločne vytvoriť lepšiu budúcnosť zeleného letectva.
Po prvé, nevyhnutnosť rozvoja zeleného leteckého priemyslu
Rok 2021 je prvým rokom 14. päťročnice. Očakáva sa, že nový materiálový sektor, ako kľúčová pozícia celého reťazca vojenského priemyslu, prinesie väčší priestor pre rozvoj. 20. storočie je storočím prudkého rozvoja modernej vedy a techniky, jedným z dôležitých symbolov sú brilantné úspechy, ktoré ľudia dosiahli v oblasti letectva a astronautiky. V 21. storočí letecký priemysel ukázal širšiu perspektívu rozvoja a letecké aktivity na vysokej alebo ultra vysokej úrovni sa stali čoraz častejšími. Veľké úspechy leteckého priemyslu sú neoddeliteľné od vývoja a prelomu technológie leteckých materiálov. Materiály sú základom a predchodcom moderných špičkových technológií a priemyslu a do značnej miery sú predpokladom prelomu špičkových technológií. Vývoj leteckých materiálov zohráva významnú úlohu pri podpore a garantovaní leteckých technológií. Na druhej strane vývojové potreby leteckých technológií výrazne vedú a podporujú vývoj leteckých materiálov. Dá sa povedať, že pokrok materiálov hrá kľúčovú podpornú úlohu pri modernizácii lietadiel.
Letecké materiály nie sú len materiálnou zárukou pre vývoj a výrobu produktov leteckej techniky, ale aj technickým základom pre modernizáciu produktov leteckej techniky. Materiály zohrávajú dôležitú úlohu vo vývoji leteckého priemyslu a leteckých produktov. V 21. storočí sa letecké materiály vyvíjajú smerom k vysokému výkonu, vysokej funkcii, multifunkčnosti, integrácii štruktúry a funkcií, zloženým, inteligentným, nízkym nákladom a kompatibilite so životným prostredím.
Vo svojej vládnej pracovnej správe z roku 2022 bývalý premiér Li Keqiang navrhol neustále zlepšovať ekologické prostredie, podporovať zelený a nízkouhlíkový rozvoj, posilňovať kontrolu znečistenia a ekologickú ochranu a obnovu, dosiahnuť rovnováhu medzi rozvojom a znižovaním emisií a podporovať harmonické spolužitie medzi človek a príroda. V posledných rokoch sa domáca a zahraničná letecká komunita stále viac zaoberá šetrením zdrojov, znižovaním nákladov, ochranou životného prostredia a ďalšími otázkami, pričom sa neustále venuje pozornosť bezpečnosti lietadiel. V tejto súvislosti dosiahlo ekologické letectvo určitý pokrok. Lietadlo smerom k bezpečnejšiemu a spoľahlivejšiemu, ľahkému, odolnému, zelenému smeru vývoja, čím sa kladú vyššie a vyššie požiadavky na materiály, ale zároveň podporujú lietadlo v rýchlosti letu, spoľahlivosti, nízkej cene, vysokej účinnosti a komforte a ďalších aspektoch modernizácie. . V novej priemyselnej situácii má vývoj špičkových zelených materiálov pre letectvo a technológie ich prípravy a spracovania veľký význam pre podporu trvalo udržateľného rozvoja čínskeho leteckého priemyslu. Jedným slovom, poháňaný rýchlym rozvojom globálneho moderného priemyslu, ekologický vývoj leteckých materiálov je nevyhnutným trendom a naliehavou požiadavkou ekonomického rozvoja.
II. Pokrok vo výskume nových leteckých materiálov
Materiály lietadiel do určitej miery určujú náklady na výrobu konštrukcie karosérie lietadla. Keďže čínske letecké vybavenie bolo predstavené hlavne v ranom štádiu, pri výbere materiálu využíva hlavne systém cudzích materiálov. V posledných rokoch Čína začala energicky vyvíjať novú materiálovú technológiu a nová materiálová technológia prináša neustále prelomy a výskum nových leteckých materiálov tiež prináša potešujúce úspechy. Stále však existuje veľká priepasť medzi celkovou úrovňou odvetvia výroby nových materiálov v letectve a medzinárodnou vyspelou úrovňou.
(A) Zliatina titánu: vynikajúce vlastnosti „univerzálneho kovu“
Titán sa vyznačuje nízkou špecifickou hmotnosťou a vysokou špecifickou pevnosťou a jeho zliatina má veľký význam pre zvýšenie pomeru ťahu a hmotnosti lietadiel v leteckom priemysle a v posledných rokoch sa široko používa. Okrem vojenských a leteckých oblastí je zliatina titánu široko používaná aj v chemickej, metalurgickej, medicínskej, športovej a rekreačnej oblasti a ďalších oblastiach.
Stav vývoja materiálov zliatiny titánu pre letectvo v zahraničí
1) Vysokoteplotná titánová zliatina: Vysokoteplotná titánová zliatina sa používa hlavne v klzných koľajniciach lietadiel, ložiskových skriniach, konzolách, kapotách motora, kompresorových kotúčoch a lopatkách, krytoch a iných konštrukčných častiach rámu. Tieto komponenty vyžadujú vysokú špecifickú pevnosť, únavovú pevnosť, odolnosť proti tečeniu a štrukturálnu stabilitu pri 300 ~ 600 stupňoch. V súčasnosti v mene medzinárodnej pokročilej úrovne vysokoteplotných titánových zliatin medzi značky patria najmä Spojené štáty americké Ti-6242S, Ti-1100, IMI834, ruský BT36 a tak ďalej.
2) Zliatina titánu s vysokou pevnosťou: Zliatina titánu s vysokou pevnosťou sa zvyčajne vzťahuje na pevnosť v ťahu viac ako 1000 MPa titánovej zliatiny, ktorá sa používa hlavne na nahradenie vysoko pevnej konštrukčnej ocele bežne používanej v konštrukcii lietadiel, môže dosiahnuť 10-percentné zníženie hmotnosti. V súčasnosti sú zliatiny titánu s vysokou pevnosťou používané v lietadlách hlavne zliatiny titánu typu, ktoré predstavujú hlavné typy Ti-1023, BT22, Ti-153, -21S atď.
3) Nehorľavá titánová zliatina: V súčasnosti sú typickými nehorľavými titánovými zliatinami zliatina C v USA a BTT-1 v Rusku. Zliatina C (Ti-35V-15Cr), vyvinutá v Spojených štátoch, je zliatina titánu s dobrou pevnosťou pri vysokých teplotách a odolnosťou voči oxidácii. Bol aplikovaný na skriňu vysokotlakového kompresora, vodiacu lopatku a vektorovú koncovú trysku motora Fl19. Ti-Cu-Al BTT-1 titánová zliatina spomaľujúca horenie vyvinutá v Rusku má dobrú tepelnú spracovateľnosť a používa sa v skrini a lopatkách kompresora motora.
Stav vývoja materiálov zliatiny titánu pre domáce letectvo
1) Vysokoteplotná titánová zliatina: Ti-60 zliatina je 600-stupňová vysokoteplotná titánová zliatina nezávisle vyvinutá v našej krajine. Základom zliatiny je zliatina TAl₂ (Ti{3}}), ktorá pridáva prvky Al, Sn, Si s príslušným obsahom, aby sa ďalej zlepšila tepelná stabilita, tečenie pri vysokých teplotách a odolnosť zliatiny voči oxidácii pri vysokých teplotách.
2) Vysoko pevná konštrukčná titánová zliatina: Šarža vysokopevnostnej konštrukčnej titánovej zliatiny bola nezávisle vyvinutá v 70. až 90. rokoch 20. storočia. Pevnosť týchto titánových zliatin môže dosiahnuť úroveň 1100-1300MPa. Na začiatku 21. storočia existujú dva druhy reprezentatívnej zliatiny beta titánu: ① takmer titán Ti-B18, pevnosť v ťahu môže dosiahnuť 1150 ~ 1350 MPa; ② Metastabilná zliatina titánu Ti-B20, pevnosť v ťahu do 1200 ~ 1600 MPa.
3) Nehorľavá titánová zliatina: V priebehu rokov Čína vykonala hĺbkový výskum titánovej zliatiny spomaľujúcej horenie. S odkazom na zliatinu AlloyC boli skonštruované série titánových zliatin spomaľujúcich horenie Ti-V-Cr-Al, Ti-Mo-Cr-Al, Ti-Mo-V-Cr-Al3 a mechanizmus proti horeniu bol študovaný pomocou počítačovej simulácie. Okrem toho boli po systematickej analýze rôznych systémov v Spojených štátoch, Británii a Rusku navrhnuté nehorľavé titánové zliatiny TF1 (séria Ti-V-Cr-C) a TF2 (séria Ti-Cu). Zliatina Ti-40 (Ti-V-Cr-Si) je titánová zliatina spomaľujúca horenie nezávisle vyvinutá v Číne. V porovnaní s bežnou zliatinou titánu má zliatina Ti-40 vynikajúce vlastnosti spomaľujúce horenie a mechanické vlastnosti. V súčasnosti sa výskum zliatin rozvinul z laboratórneho meradla do polopriemyselného meradla, dokázal pripraviť ingoty Ti40 ton, veľkorozmerové tyčové a prstencové výkovky.
Vzhľadom na neskorý začiatok domáceho leteckého výrobného priemyslu nie je spotreba titánových a titánových zliatin v domácom letectve veľká, titánové materiály používané v leteckej oblasti predstavovali menej ako 20 percent, hlboko pod medzinárodnou priemernou úrovňou asi 50 percent a titánový priemysel v porovnaní s rozvinutými krajinami je stále veľký rozdiel: Po prvé, špičkové výrobky z titánovej zliatiny sú stále prevažne imitáciou, úroveň vývoja materiálu je nízka, rozsah použitia je úzky, vysoký komplexný výkon a nízka úroveň vývoj nákladovej zliatiny titánu je väčšinou v laboratórnom štádiu; Po druhé, kvalita metalurgie nie je stabilná, menej odrôd, neúplné špecifikácie; Po tretie, pokrok vo výskume súvisiacich podporných technológií je pomalý a je potrebné zlepšiť vlastný materiálový systém zliatiny titánu.
(2) Superzliatina: zameranie sa na potreby vojenských motorov
Superzliatina, pre vysoké teploty
Tradičná oceľ mäkne nad 300 stupňov Celzia a nezvláda vysoké teploty. Na dosiahnutie vyššej účinnosti premeny energie potrebuje oblasť tepelného výkonu motora vyššiu a vyššiu pracovnú teplotu. Výsledkom je, že superzliatiny boli vyšľachtené tak, aby fungovali stabilne pri teplotách nad 600 stupňov Celzia a technológia sa neustále zlepšuje.
Superzliatiny sa delia na superzliatiny na báze železa a superzliatiny na báze niklu podľa hlavných prvkov zliatiny. Podľa spoločnosti Zhiyan Consulting, rozdelené podľa výrobného procesu v roku 2018, produkcia superzliatiny na báze niklu predstavovala 80 percent, superzliatiny na báze železa 14,3 percenta a superzliatiny na báze kobaltu 5,7 percenta.
Superzliatina je kľúčovým materiálom leteckých motorov. Superzliatina sa používa v leteckých motoroch od ich narodenia a je dôležitým materiálom pre výrobu leteckých motorov. Úroveň výkonu motora do značnej miery závisí od úrovne výkonu superzliatinového materiálu. V moderných leteckých motoroch množstvo superzliatinového materiálu predstavuje 40 až 60 percent celkovej hmotnosti motora. Používa sa hlavne v štyroch komponentoch horúceho konca: spaľovacia komora, vedenie, lopatka turbíny a kotúč turbíny. Okrem toho sa používa aj v kryte, prstencových častiach, prídavnom spaľovaní a koncovej tryske.
Čínsky priemysel vysokoteplotných zliatin je v súčasnosti v období rastu a podniky priemyselného reťazca majú v budúcnosti široký rozvojový priestor. Počet podnikov na výrobu superzliatin v Číne je obmedzený a úroveň výroby zaostáva za Spojenými štátmi, Ruskom a inými krajinami. V posledných rokoch sa však výrobná kapacita a výstupná hodnota výrazne zlepšili. Mnoho projektov kapacity výroby superzliatin Lianshi Aviation, Western Superconductor a ďalších spoločností je vo výstavbe a uvádza sa do prevádzky.
Vlastnosti superzliatiny pre letecké motory sa neustále vyvíjajú
1) Superzliatina na báze železa: jedna z charakteristík čínskeho systému superzliatiny.
Kvôli nedostatku niklu a malého množstva kobaltu v čínskych zdrojoch sa vývoj, výroba a aplikácia superzliatiny na báze železa stala v 60. a 70. rokoch minulého storočia skvelou scénou.
Superzliatiny na báze železa sa vo všeobecnosti používajú v častiach motorov s nízkymi prevádzkovými teplotami (600 ~ 850 stupňov C), ako sú kotúče turbín, skriňa a hriadele. Superzliatina na báze Fe má však dobré mechanické vlastnosti pri strednej teplote, porovnateľné alebo lepšie ako podobné zliatiny na báze niklu. Okrem toho je lacný a ľahko sa deformuje pri práci za tepla. Preto je superzliatina na báze Fe stále široko používaná ako materiály turbínových kotúčov a lopatiek turbín v oblasti stredných teplôt.
2) Superzliatina na báze niklu: vylepšenie deformácie/odlievania/novej zliatiny podľa generácie.
Superzliatiny na báze niklu vo všeobecnosti fungujú pri určitých stresových podmienkach nad 600 stupňov. Majú nielen dobrú odolnosť proti oxidácii a korózii pri vysokej teplote, ale majú aj pevnosť pri vysokej teplote, pevnosť pri tečení a trvalú pevnosť, ako aj dobrú odolnosť proti únave. Používa sa hlavne v oblasti letectva a kozmonautiky pre konštrukčné komponenty pracujúce vo vysokoteplotných podmienkach, ako sú pracovné lopatky, kotúče turbín, spaľovacie komory leteckých motorov atď.
Podľa výrobného procesu možno superzliatinu na báze niklu rozdeliť na variabilnú zliatinu, odlievaciu superzliatinu, novú superzliatinu. Odlievaná superzliatina na báze niklu sa používa hlavne vo vodiacich lopatkách turbín v motoroch, kde prevádzková teplota môže dosiahnuť viac ako 1100 stupňov, alebo sa môže použiť aj v lopatkách turbín, ktorých teplota je nižšia ako zodpovedajúca vodiaca lopatka 50-100 stupňov .
Keďže pracovná teplota žiaruvzdornej zliatiny je vyššia a vyššia, spevňujúcich prvkov v zliatine je čoraz viac, zloženie je zložitejšie, čo vedie k tomu, že niektoré zliatiny môžu byť použité iba v odliatom stave, nemôže dôjsť k deformácii pri práci za tepla. Okrem toho nárast legujúcich prvkov spôsobuje, že segregácia zloženia zliatiny na báze niklu po stuhnutí je vážna, čo vedie k nerovnomernej mikroštruktúre a vlastnostiam. Použitie procesu práškovej metalurgie na výrobu superzliatiny môže vyriešiť vyššie uvedené problémy. Pretože častice prášku sú malé, rýchlosť ochladzovania je pri výrobe prášku rýchla, segregácia je eliminovaná, spracovateľnosť za tepla sa zlepšuje, zliatina, ktorú je možné odlievať len odlievaná, sa mení na deformačnú superzliatinu, ktorú je možné spracovať za tepla, medza klzu a zlepšené únavové vlastnosti, prášková superzliatina vytvorila nový spôsob výroby zliatiny s vyššou pevnosťou. Prášková superzliatina sa používa hlavne pri výrobe turbínového kotúča moderného leteckého motora s vysokým ťahovým pomerom a tiež pri výrobe kompresorového kotúča, hriadeľa turbíny, prepážky turbíny a iných vysokoteplotných horúcich častí moderných leteckých motorov.
3) superzliatina na báze kobaltu: odolnosť proti korózii a iné špeciálne oblasti majú široké vyhliadky.
Odolnosť proti oxidácii superzliatiny na báze kobaltu je nízka, ale jej odolnosť proti tepelnej korózii je lepšia ako u niklu. Superzliatina na báze kobaltu má tiež silnejšiu pevnosť pri vysokých teplotách, tepelnú koróziu, tepelnú únavu a odolnosť proti tečeniu ako superzliatina na báze niklu, ktorá je vhodná na výrobu vodiacich lopatiek a trysiek plynových turbín.
Kvôli obmedzeným zdrojom boli u nás vyvinuté zliatiny na báze kobaltu ako K40, GH188 a L605. Od roku 2001 sa výskum GE v oblasti superzliatin na báze kobaltu zameral na používanie superzliatin na báze kobaltu ako substrátových materiálov pre plynové turbíny a na prípravu povlakov, ako sú povlaky tepelnej bariéry na povrchu zliatin na zlepšenie odolnosti proti korózii.
Kvôli materiálnym obmedzeniam je kobalt na Zemi relatívne vzácny a drahý. V súčasnosti sa teplo výskumu založeného na kobalte znížilo a mnohé vedecké výskumy zostávajú v teoretickej fáze, ako je experiment digitálneho modelovania.
Prvá generácia zliatiny vojenských lietadiel, motor s vysokoteplotnou zliatinou alebo vstúpi do rýchleho objemového obdobia
Teplotné požiadavky motora sa zvyšujú. Vysoký pomer ťahu k hmotnosti vyžaduje vyššiu teplotu trysky a materiálovú podporu pri vyššej prevádzkovej teplote. Pri vývoji superzliatiny vo svete zažili materiály lopatiek motora a kotúčov štyri stupne, a to deformáciu, odlievanie, orientáciu a monokryštál. Teplota sa postupne zvyšuje zo 600 stupňov na viac ako 1100 stupňov.
Modernizáciu vojenských lietadiel sprevádzala modernizácia superzliatin. Materiál jadra prvej generácie turboventilátorového motora je deformovaná superzliatina a pracovná teplota materiálu jadra je 650 stupňov. Pri štvrtej generácii turboventilátorového motora dosiahla pracovná teplota materiálu jadra 1200 stupňov a bola prijatá monokryštálová superzliatina. Modernizáciu vojenských lietadiel sprevádzala modernizácia superzliatiny, základného materiálu motora. Modernizácia superzliatiny si vyžaduje výskum