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鈦在國外航空(kōng)噴氣發動機上應用

[ 信息來源(yuán):鈦鎳之窗 | 發布時間:2021-10-08 | 瀏覽:33160次 ]

航空工(gōng)業是用的主要領域,而噴氣發動機又(yòu)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(pēn)氣(qì)發動機製造業(yè)用(yòng)鈦占全國總消費量的37%-50%,而小型亞聲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(děng)溫度構件比鋼材具(jù)有更高的疲勞強度、屈服程度、蠕變強度、較低的彈性模量,因而能降低疲勞載荷時的(de)應力。鈦合金有很高的抗腐蝕性能,能大大舒緩噴氣(qì)發動機的壓縮性能。提(tí)高發動機壓氣機的增壓比和渦輪進氣口燃氣溫度,可以提高發動機(jī)的總效率,從而(ér)提高發動機推力,改善推(tuī)重比和降低油耗。美國和英國發動機壓氣機的總(zǒng)壓比(bǐ)由上世紀60年代初期的10-13,增長(zhǎng)到70年(nián)代的20-27,並正在逐年上升,總壓有望增大(dà)到50。在未采取冷卻技術條件下(xià),多用途戰鬥機渦輪進氣口(kǒu)溫度早已超過(guò)1650℃。

由(yóu)於(yú)發動機工作條件的嚴酷和尺寸的加大,輕合金與不鏽鋼很難勝任,於(yú)是用量有所不降,而鈦合金和(hé)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(de)工藝,它(tā)的優勢更加顯現和突出(chū),在發動機中的應用逐年增多。1950年-1980年,美國幾種(zhǒng)主要航空發動機的用(yòng)材概(gài)況見下表。

鈦航空(kōng)發動機

美國普拉特-惠特尼(Pratt & Whitney)公司生產的噴氣發動機所用的鈦材為總質量的7%-15%,通用電氣(GE)公司J73噴氣發(fā)動機使用的鈦材為6%,J79發動機轉子原來17級為不鏽鋼的,後改11級鈦(tài)合(hé)金的,J79-8發動機用的鈦材為20%,J79-3發動機用了4%鈦材。

美國航空發動機用(yòng)鈦始於1954年,當時為B52轟(hōng)炸機裝備了4台鈦(tài)的發動機J57,用鈦材(cái)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(pán)和盤隔板用的是Ti-6Al-4V合金。JT3D渦輪(lún)風扇發動機的用鈦(tài)量為15%:低(dī)壓(yā)壓氣(qì)機風扇(shàn)葉片、葉片隔板和風扇閥用的都是Ti-6Al-4V,風扇葉片長(zhǎng)406mm,比壓氣機(jī)葉片長2倍以上,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(jī)風扇葉片(piàn)長711 mm,比壓氣機葉(yè)片幾乎長10倍(bèi)。軍用JT3D改型發動機和TF33發動機使用了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塊風扇葉片都是用Ti-6Al-4V合金(jīn)製(zhì)的;低壓壓(yā)氣(qì)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,後一種合金是一種高溫合金,工作溫度(dù)480℃,用量450kg,靜子葉片(piàn)采用Ti-5AI-2.5Sn,改型的JT9F發動機用了(le)4.5t鈦材,鈦材成本占發動機的5%。TF39風扇發動機用的鈦(tài)材(cái)達(dá)33%,裝備於C5A軍用運輸機,重約3t,壓氣機盤及葉片(piàn)以Ti-6Al-4V及Ti-5AI-2.5Sn打造,壓氣機毛坯是(shì)鍛造的,原重312kg,後改用精鍛,降至126kg,葉片毛重(chóng)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(tài),前四級空心壓氣(qì)機均用Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo合(hé)金,是一種高蠕變(biàn)合金,工作溫度可達500℃,比Ti-6Al-4V合金的高100℃。采用鈦代替鋼製(zhì)造升力發動機的一些構件,可以提高(gāo)推重(chóng)比,例如,日本(běn)JR100發動機壓氣機及渦輪(lún)原(yuán)為鋼製的,改用鈦合金及耐熱(rè)鋁合金製造的JR200發(fā)動機(jī)的推重比由10上(shàng)升到16。它的第一壓氣機葉片、前(qián)軸、壓(yā)氣機盤、渦車後軸及盤均改用日本的KS150合金(Ti-5AI-2Cr-1Fe)製造,壓氣機的靜態葉(yè)片用Ti-6Al-4V合金代替Cr12不鏽(xiù)鋼,質量減輕43%。

鈦航空發動機葉片

在俄羅斯,裝備伊爾-62運輸機的HK8渦輪風(fēng)扇發動機約(yuē)使用了占其質量40%的鈦合金,裝備圖-144超聲(shēng)速運輸機的(de)HK144渦輪發動(dòng)機也用了不少鈦合金。

英國RR公司((Rolls–Royce)的RB172型發動機的高壓壓氣機鼓輪是(shì)用鈦合金IMI685(Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si)製造的,它有高的抗蠕變(biàn)性、斷裂韌性和(hé)優秀的(de)可(kě)焊性。

空客A320和麥道MD-90型民(mín)機上用的V2500型發(fā)動機是雙軸渦輪風扇噴氣式,質量2.2t,鈦合金結(jié)構件占31%,是英國、美國、德國、意大利和日本共同研發的。高壓壓氣機是RR公司製造的,其3級-6級用的是(shì)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用(yòng)Ti-6Al-4V合金。

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