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鈦在國外航空噴氣發動機上應用

[ 信息來源:鈦鎳之窗 | 發布時間:2021-10-08 | 瀏覽:33257次 ]

航空工業是用的主要領域,而噴氣發動機(jī)又是用(yòng)鈦主要領域中的重要(yào)部分。據美國有關方麵的統計(jì),1959年-1973年,美國噴氣發動機製造業用鈦占(zhàn)全國總消費量的(de)37%-50%,而小(xiǎo)型亞聲速噴氣發動機的用鈦量則占其總質量的1/3。在航(háng)空發動機中,用鈦材製造中等溫度構件比鋼材具有(yǒu)更高的疲勞強度、屈服程度、蠕變強度、較(jiào)低的彈性模量,因而能降低疲勞載荷時(shí)的應(yīng)力。鈦合金有很高的抗腐蝕性能,能大大舒緩(huǎn)噴氣(qì)發動機的壓縮性(xìng)能。提高發動機壓氣機的(de)增壓比和渦輪進氣口燃氣溫度,可以提高發(fā)動機的總效率,從而(ér)提高發動機(jī)推力,改善推重比(bǐ)和降低油耗。美國和英國發(fā)動機(jī)壓氣(qì)機的總壓比由上世紀60年代初(chū)期(qī)的10-13,增長到70年代的20-27,並正在逐年上升,總壓有望增大到50。在未采取冷卻(què)技術(shù)條件下(xià),多用途戰鬥(dòu)機(jī)渦輪進氣口溫度早已(yǐ)超過1650℃。

由(yóu)於發(fā)動機工作條件(jiàn)的嚴酷和尺寸的加大,輕合金與不鏽鋼(gāng)很難勝任,於是用量有所不降,而鈦合金和高溫合金(jīn)由於其生產成本的下降,加工性能的不斷提(tí)高,及采用新(xīn)的工藝,它的優勢更加(jiā)顯(xiǎn)現和突出,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下表。

鈦航空(kōng)發動機

美國(guó)普拉特-惠特尼(Pratt & Whitney)公司生產的噴氣發動機所用(yòng)的鈦材為總質量(liàng)的7%-15%,通(tōng)用電氣(GE)公司(sī)J73噴氣發動機使用的鈦材為6%,J79發動(dòng)機轉子原(yuán)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(cái)為20%,J79-3發動(dòng)機用了4%鈦材。

美國航空發動機用鈦始於1954年,當(dāng)時(shí)為B52轟炸機裝備了4台鈦的發動(dòng)機J57,用鈦(tài)材(cái)7%-15%,進氣閘與低壓閘用的是工業純鈦,低壓壓縮(suō)機的葉片(piàn)、盤和盤隔板用的是Ti-6Al-4V合金。JT3D渦輪風扇發動機的用鈦量為15%:低壓壓氣(qì)機風扇葉(yè)片、葉片隔板和風扇閥(fá)用的都是Ti-6Al-4V,風扇葉片長406mm,比壓氣機葉片長2倍以上,由於這些構件都用鈦合金製成(chéng),發(fā)動機性(xìng)能有(yǒu)了(le)較大提高。

JT9D發動機風(fēng)扇葉片長(zhǎng)711 mm,比(bǐ)壓氣機葉(yè)片幾乎長10倍。軍用JT3D改(gǎi)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(liàng)占其(qí)總質量的(de)28%,約1.035t,其46塊風扇葉片都是用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(jīn)打造的,後一種合金是一種高溫合金(jīn),工作溫度480℃,用量450kg,靜子葉片采用Ti-5AI-2.5Sn,改型的JT9F發(fā)動機用了(le)4.5t鈦材,鈦材成本占發動機的5%。TF39風扇發動(dòng)機用的鈦材達33%,裝備於C5A軍用運輸(shū)機,重約3t,壓氣機(jī)盤及葉(yè)片以Ti-6Al-4V及(jí)Ti-5AI-2.5Sn打造,壓氣機(jī)毛坯是鍛造的,原重312kg,後改用精鍛,降至126kg,葉片毛重原來為21.5kg,鍛後僅5.7kg。

GE4渦輪噴氣發動機(jī)總重約5t,使用10%鈦,前四級空心壓氣機均用Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo合金,是一種高蠕變(biàn)合金,工作溫度可達(dá)500℃,比Ti-6Al-4V合金的高100℃。采(cǎi)用鈦(tài)代(dài)替鋼製造升力發動機的一些構件,可以提高推重比,例如,日本JR100發動機(jī)壓氣機(jī)及(jí)渦輪(lún)原為鋼製的,改用鈦合金(jīn)及耐熱鋁合金製造的JR200發動機的推重比由10上升到16。它(tā)的第一壓(yā)氣機葉片、前軸、壓(yā)氣機盤、渦車後軸及盤均改用日本的KS150合(hé)金(Ti-5AI-2Cr-1Fe)製造,壓氣(qì)機的靜態葉片用Ti-6Al-4V合金代替Cr12不鏽鋼,質量減(jiǎn)輕43%。

鈦航空發動機葉片

在俄羅斯,裝備伊爾-62運輸機的HK8渦輪風扇(shàn)發動(dòng)機約使用了占其質量40%的鈦合金,裝備圖-144超聲速運輸機(jī)的(de)HK144渦輪發動機也(yě)用了不少鈦合金(jīn)。

英國RR公司((Rolls–Royce)的RB172型發動機的高壓壓氣(qì)機鼓輪(lún)是用鈦合金IMI685(Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si)製造的,它有高的抗蠕變性、斷裂韌性和優秀的可焊性。

空客A320和麥道MD-90型民機上用的V2500型發動機是雙軸渦輪風扇噴氣式(shì),質量2.2t,鈦(tài)合金結構件占31%,是(shì)英國、美國(guó)、德國、意大利(lì)和日本共同研發的。高壓壓氣機(jī)是RR公司製造的,其3級-6級用的是有高抗蠕(rú)變性能(néng)的IMl550(Ti-4Al-4Mo-2Sn-0.5Si)合(hé)金;日本製造的風扇和低壓氣機主要采用Ti-6Al-4V合(hé)金。

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