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文章來源:網(wǎng)上搜集 訪問3432次 2016-07-11 09:07:21
  南京理工大學(xué)陳光教授團(tuán)隊(duì)在國家973計(jì)劃等資助下,經(jīng)長期研究,在新型航空航天材料鈦鋁合金方面取得跨越性突破。6月20日,相關(guān)成果在線發(fā)表于《自然材料》上。其室溫拉伸塑性、屈服強(qiáng)度、高溫抗蠕變性能、承溫能力等關(guān)鍵性能指標(biāo)處于國際領(lǐng)先,超過美國同類材料1—2個(gè)數(shù)量級。
  2007年,波音787飛機(jī)試飛成功。這種新型飛機(jī)可節(jié)油20%,氮化物(NOx)排放量減少80%,噪音顯著降低,從而引發(fā)全球關(guān)注。
  這種飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)由美國通用電氣(GE)公司研制,采用Ti-48Al-2Cr-2Nb(以下簡稱4822)合金替代鎳基高溫合金,制造出最后兩級低壓渦輪葉片。
  這是鈦鋁合金首次應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上。
  GE公司采用的4822合金也稱不上完美,它的室溫拉伸塑性不到2%,雖然足以傲視其他金屬間化合物,但它跟鎳基合金比起來還是顯得太脆了。因此,GE公司把它用在了環(huán)境溫度、危險(xiǎn)系數(shù)最低的末端兩級葉片上,這樣即使發(fā)生折斷也不會(huì)導(dǎo)致整架飛機(jī)失控。
  美國人這么做是看重鈦鋁合金的密度僅為鎳基合金的一半。在以克為減重單位的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上,GE公司使單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)減重約200磅,成為當(dāng)時(shí)航空與材料領(lǐng)域轟動(dòng)性的進(jìn)展。
  因此,鈦鋁合金成為目前公認(rèn)的替代鎳基高溫合金的最佳新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。
  陳光教授團(tuán)隊(duì)的研究成果在材料性能上實(shí)現(xiàn)了三大突破:
  一是室溫拉伸塑性和屈服強(qiáng)度極大提升,分別高達(dá)6.9%和708MPa,抗拉強(qiáng)度高達(dá)978MPa,實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)高塑的優(yōu)異結(jié)合。二是抗蠕變性能優(yōu)異。三是承溫能力大大提高。
  航空發(fā)動(dòng)機(jī)被譽(yù)為飛機(jī)的心臟,受制于基礎(chǔ)研究能力不足,目前我國民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)基本依賴進(jìn)口,軍用戰(zhàn)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)雖然有了一定進(jìn)步,但是關(guān)鍵性能指標(biāo)與發(fā)達(dá)國家還有差距。其中,渦輪葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中最關(guān)鍵的核心部件,其承溫能力直接決定著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,尤其是推重比。傳統(tǒng)鎳基合金雖然各方面性能都不錯(cuò),但是它最大的缺點(diǎn)是太重,直接導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的能效比得不到提高。因此,各國科學(xué)家們從未停止尋找制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)合適材料的努力。
  “一代材料一代發(fā)動(dòng)機(jī)!敝袊娇談(dòng)力機(jī)械研究所渦輪設(shè)計(jì)部副主任設(shè)計(jì)師康劍雄說,PST鈦鋁合金使用溫度達(dá)900℃以上,已經(jīng)可以與鎳基合金同臺(tái)競技,它不僅可用于葉片,還有望用在渦輪盤、高壓壓縮渦輪等部件上。
  一個(gè)新型材料從實(shí)驗(yàn)室到裝上飛機(jī),還有漫長的道路要走。據(jù)陳光估計(jì),PST鈦鋁合金實(shí)現(xiàn)應(yīng)用還有5—10年。

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