鈦在國外航空噴氣發(fā)動(dòng)機上應用 |
作者:本站 發(fā)布時(shí)間:2021-10-08 瀏覽:32314次 |
航空工業(yè)是用鈦的主要領(lǐng)域,而噴氣發(fā)動(dòng)機又是用鈦主要領(lǐng)域中的重要部分。據美國有關(guān)方面的統計,1959年-1973年,美國噴氣發(fā)動(dòng)機制造業(yè)用鈦占全國總消費量的37%-50%,而小型亞聲速?lài)姎獍l(fā)動(dòng)機的用鈦量則占其總質(zhì)量的1/3。在航空發(fā)動(dòng)機中,用鈦材制造中等溫度構件比鋼材具有更高的疲勞強度、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(shí)的應力。鈦合金有很高的抗腐蝕性能,能大大舒緩噴氣發(fā)動(dòng)機的壓縮性能。提高發(fā)動(dòng)機壓氣機的增壓比和渦輪進(jìn)氣口燃氣溫度,可以提高發(fā)動(dòng)機的總效率,從而提高發(fā)動(dòng)機推力,改善推重比和降低油耗。美國和英國發(fā)動(dòng)機壓氣機的總壓比由上世紀60年代初期的10-13,增長(cháng)到70年代的20-27,并正在逐年上升,總壓有望增大到50。在未采取冷卻技術(shù)條件下,多用途戰斗機渦輪進(jìn)氣口溫度早已超過(guò)1650℃。 由于發(fā)動(dòng)機工作條件的嚴酷和尺寸的加大,輕合金與不銹鋼很難勝任,于是用量有所不降,而鈦合金和高溫合金由于其生產(chǎn)成本的下降,加工性能的不斷提高,及采用新的工藝,它的優(yōu)勢更加顯現和突出,在發(fā)動(dòng)機中的應用逐年增多。1950年-1980年,美國幾種主要航空發(fā)動(dòng)機的用材概況見(jiàn)下表。 美國普拉特-惠特尼(Pratt & Whitney)公司生產(chǎn)的噴氣發(fā)動(dòng)機所用的鈦材為總質(zhì)量的7%-15%,通用電氣(GE)公司J73噴氣發(fā)動(dòng)機使用的鈦材為6%,J79發(fā)動(dòng)機轉子原來(lái)17級為不銹鋼的,后改11級鈦合金的,J79-8發(fā)動(dòng)機用的鈦材為20%,J79-3發(fā)動(dòng)機用了4%鈦材。 美國航空發(fā)動(dòng)機用鈦始于1954年,當時(shí)為B52轟炸機裝備了4臺鈦的發(fā)動(dòng)機J57,用鈦材7%-15%,進(jìn)氣閘與低壓閘用的是工業(yè)純鈦,低壓壓縮機的葉片、盤(pán)和盤(pán)隔板用的是Ti-6Al-4V合金。JT3D渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機的用鈦量為15%:低壓壓氣機風(fēng)扇葉片、葉片隔板和風(fēng)扇閥用的都是Ti-6Al-4V,風(fēng)扇葉片長(cháng)406mm,比壓氣機葉片長(cháng)2倍以上,由于這些構件都用鈦合金制成,發(fā)動(dòng)機性能有了較大提高。 JT9D發(fā)動(dòng)機風(fēng)扇葉片長(cháng)711 mm,比壓氣機葉片幾乎長(cháng)10倍。軍用JT3D改型發(fā)動(dòng)機和TF33發(fā)動(dòng)機使用了2%鈦材。JT9D渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機的用鈦量占其總質(zhì)量的28%,約1.035t,其46塊風(fēng)扇葉片都是用Ti-6Al-4V合金制的;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合金打造的,后一種合金是一種高溫合金,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(dòng)機用了4.5t鈦材,鈦材成本占發(fā)動(dòng)機的5%。TF39風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機用的鈦材達33%,裝備于C5A軍用運輸機,重約3t,壓氣機盤(pán)及葉片以Ti-6Al-4V及Ti-5AI-2.5Sn打造,壓氣機毛坯是鍛造的,原重312kg,后改用精鍛,降至126kg,葉片毛重原來(lái)為21.5kg,鍛后僅5.7kg。 GE4渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機總重約5t,使用10%鈦,前四級空心壓氣機均用Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo合金,是一種高蠕變合金,工作溫度可達500℃,比Ti-6Al-4V合金的高100℃。采用鈦代替鋼制造升力發(fā)動(dòng)機的一些構件,可以提高推重比,例如,日本JR100發(fā)動(dòng)機壓氣機及渦輪原為鋼制的,改用鈦合金及耐熱鋁合金制造的JR200發(fā)動(dòng)機的推重比由10上升到16。它的第一壓氣機葉片、前軸、壓氣機盤(pán)、渦車(chē)后軸及盤(pán)均改用日本的KS150合金(Ti-5AI-2Cr-1Fe)制造,壓氣機的靜態(tài)葉片用Ti-6Al-4V合金代替Cr12不銹鋼,質(zhì)量減輕43%。 在俄羅斯,裝備伊爾-62運輸機的HK8渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機約使用了占其質(zhì)量40%的鈦合金,裝備圖-144超聲速運輸機的HK144渦輪發(fā)動(dòng)機也用了不少鈦合金。 英國RR公司((Rolls–Royce)的RB172型發(fā)動(dòng)機的高壓壓氣機鼓輪是用鈦合金IMI685(Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si)制造的,它有高的抗蠕變性、斷裂韌性和優(yōu)秀的可焊性。 空客A320和麥道MD-90型民機上用的V2500型發(fā)動(dòng)機是雙軸渦輪風(fēng)扇噴氣式,質(zhì)量2.2t,鈦合金結構件占31%,是英國、美國、德國、意大利和日本共同研發(fā)的。高壓壓氣機是RR公司制造的,其3級-6級用的是有高抗蠕變性能的IMl550(Ti-4Al-4Mo-2Sn-0.5Si)合金;日本制造的風(fēng)扇和低壓氣機主要采用Ti-6Al-4V合金。 |