鎳基合號:
C276,C-276,Hasloy C276,N10276,C-22,C22,Hasloy C22,Monel 400,N04400,
400,Monel K500,Inconel 600,600,N06600,Inconel 601,601,N06601,625,Inconel
625,N06625,Inconel 718,718,N07718,Inconel X750,X750,N07750,Incoloy 800,
800H,800,Incoloy 800H,N08800,N08810,Incoloy 825,825,N08825,NS143,NS142,
GH4169,GH4145,GH2132,GH3030,GH3039,GH3128,GH3044,GH2132,254SMO,
S31254,17-4ph,630,17-7ph,Ni6,2205,F(xiàn)55,F(xiàn)60,0Cr18Ni9,00Cr19Ni10,
0Cr17Ni12Mo2,00Cr17Ni14Mo2,0Cr18Ni12Mo2Ti,1Cr18Ni9Ti,1Cr19Ni11Nb,
0Cr23Ni13,0Cr25Ni20,00Cr20Ni25Mo4.5Cu,304,304L,316,316L,316Ti,321,
TP347H,309S,310S,904L,2520,N08904
一、
空間站在空間運行達10年之久。因此,在設計、選用材料時,應視其不同的要求和具體使用部位而定。天飛機以超過的速度入軌,頭錐及前緣達1370℃;再入時以7500m/s從高空重返大氣層,軌道器表面熱流量達251kJ/m2·s,頭錐及前緣溫度超過1650℃。歐洲開發(fā) Hermes天飛機計算從78km高空以馬赫數(shù)Ma=29、成28.5°返回,頭錐達1860℃,前緣。因此,為保持設計對不同部位的結構穩(wěn)定性、儀器正常運轉、人員安全等的要求,必須采用熱防護系統(tǒng),選用不同耐溫段的材料。例如,*C/C復合材料可在-121℃ ~1648℃用作機翼前緣和頭錐材料,外層涂覆SiC涂層;在648℃ ~1260℃可使用陶瓷隔熱瓦、纖維增強難熔金屬復合材料、SiC/SiC復合材料。應當指出,升降副翼在再入時可達1815℃,只能采用每次飛行更換的燒蝕材料,如用酚醛蜂窩與酚醛樹脂制成后,覆蓋聚氨基甲酸酯漆防止正焦化而揮發(fā),“阿波羅”號宇宙飛船燒蝕率達103.4kg,正在研制輕質燒蝕材料或采用C/C復合材料。據計算,如將高溫復合材料用于升降副翼、機身襟翼、垂尾,可使天飛機熱防護系統(tǒng)減
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魯志強-(1)(5)(3)(5)(8)(0)(0)(9)(2)(2)(0)
C276現(xiàn)貨光棒材料,C-276現(xiàn)貨光棒材料,Hasloy C276現(xiàn)貨光棒材料,N10276現(xiàn)貨光棒材料,C-22現(xiàn)貨光棒材料,C22現(xiàn)貨光棒材料,Hasloy C22現(xiàn)貨光棒材料,Monel 400現(xiàn)貨光棒材料,N04400現(xiàn)貨光棒材料,400現(xiàn)貨光棒材料,Monel K500現(xiàn)貨光棒材料,Inconel 600現(xiàn)貨光棒材料,600現(xiàn)貨光棒材料,N06600現(xiàn)貨光棒材料,Inconel 601現(xiàn)貨光棒材料,601現(xiàn)貨光棒材料,N06601現(xiàn)貨光棒材料,625現(xiàn)貨光棒材料,Inconel 625現(xiàn)貨光棒材料,N06625現(xiàn)貨光棒材料,Inconel 718現(xiàn)貨光棒材料,718現(xiàn)貨光棒材料,N07718現(xiàn)貨光棒材料,Inconel X750現(xiàn)貨光棒材料,X750現(xiàn)貨光棒材料,N07750現(xiàn)貨光棒材料,Incoloy 800現(xiàn)貨光棒材料,800H現(xiàn)貨光棒材料,800現(xiàn)貨光棒材料,Incoloy 800H現(xiàn)貨光棒材料,N08800現(xiàn)貨光棒材料,N08810現(xiàn)貨光棒材料,Incoloy 825現(xiàn)貨光棒材料,825現(xiàn)貨光棒材料,N08825現(xiàn)貨光棒材料,NS143現(xiàn)貨光棒材料,NS142現(xiàn)貨光棒材料,GH4169現(xiàn)貨光棒材料,GH4145現(xiàn)貨光棒材料,GH2132現(xiàn)貨光棒材料,GH3030現(xiàn)貨光棒材料,GH3039現(xiàn)貨光棒材料,GH3128現(xiàn)貨光棒材料,GH3044現(xiàn)貨光棒材料,GH2132現(xiàn)貨光棒材料,254SMO現(xiàn)貨光棒材料,S31254現(xiàn)貨光棒材料,17-4ph現(xiàn)貨光棒材料,630現(xiàn)貨光棒材料,17-7ph現(xiàn)貨光棒材料,Ni6現(xiàn)貨光棒材料,2205現(xiàn)貨光棒材料,F(xiàn)55現(xiàn)貨光棒材料,F(xiàn)60現(xiàn)貨光棒材料,0Cr18Ni9現(xiàn)貨光棒材料,00Cr19Ni10現(xiàn)貨光棒材料,0Cr17Ni12Mo2現(xiàn)貨光棒材料,00Cr17Ni14Mo2現(xiàn)貨光棒材料,0Cr18Ni12Mo2Ti現(xiàn)貨光棒材料,1Cr18Ni9Ti現(xiàn)貨光棒材料,1Cr19Ni11Nb現(xiàn)貨光棒材料,0Cr23Ni13現(xiàn)貨光棒材料,0Cr25Ni20現(xiàn)貨光棒材料,00Cr20Ni25Mo4.5Cu現(xiàn)貨光棒材料,304現(xiàn)貨光棒材料,304L現(xiàn)貨光棒材料,316現(xiàn)貨光棒材料,316L現(xiàn)貨光棒材料,316Ti現(xiàn)貨光棒材料,321現(xiàn)貨光棒材料,TP347H現(xiàn)貨光棒材料,309S現(xiàn)貨光棒材料,310S現(xiàn)貨光棒材料,904L現(xiàn)貨光棒材料,2520現(xiàn)貨光棒材料,N08904現(xiàn)貨光棒材料
二、
重30%,分別減重達385kg、153kg、121kg,每千克可降低發(fā)射費美元;一架天飛機采用陶瓷防熱瓦達30000塊以上,總重占軌道器結構重量的1/5,其強度低、性脆、吸收性強、壽命短,正在研制可重復使用100次的材料。各種C/C復合材料的使用溫度和比強度比較如圖1.3所示,*C/C復合材料研究目標達(5000°F)。天飛機材料在短時使用其耐溫限度如表1.2所示。機身側面和垂尾400℃ ~650℃,占20% ~30%表面積;機頭、機身下表面650℃ ~1260℃,占40% ~50%面積;飛機頭錐、機身下部、機翼前緣1260℃以上區(qū)域占表面3% ~5%,C/C復合材料在高溫下經防護有重復使用性,高溫合金受限于耐溫性、難重復使用,經抗氧化涂層防護的Ta、Nb基合金可多次使用;機身上表面溫度低于400℃,占表面積30%左右,石墨、聚酰亞胺復合材料在425℃ ~435℃下可用作軌道器結構件,比金屬減重25%?! 。?)發(fā)掘高溫合金潛力,改善與提高使用性能。通過改進傳統(tǒng)合金的性能,采用*工藝技術、新結構等,提高使用溫度、減輕重量、降低成本,大限度發(fā)揮用量占50%高溫合金的使用效果。
例如采用單晶發(fā)散和鑄造冷卻可使DS-M002葉片工作溫度由提高至更高溫度。采用Rene88DT粉末盤與In718相比,蠕變性能提高110℃,。
?。?)開發(fā)高溫、高比強度新型結構材料。目標是開發(fā)在更高溫度適應、天工況下服役的結構材料的新體系,制造重要熱結構件如無盤轉子、葉盤整體渦輪、多孔層板、陶瓷和C/C復合材料構件等。美國NASA提出高溫發(fā)動機材料計劃(HTTEMP)如圖1.4看出:*復合材料具有高耐溫性和高比強度兼優(yōu)的突出特點。
?。?)重視材料制備與成形工藝的作用,不亞于成分設計,對組織結構與使用性能有重要影響。定向凝固、超塑成形、超純熔煉、噴射成形、鑄冷(Castcool)技術、擴散焊、熱障涂層等,均對高溫結構材料發(fā)展產生重要影響。
?。?)加強應用性能研究,深化材料的科學設計。將材料在服役或開發(fā)過程中出現(xiàn)的組織、性能變化與材料設計相結合,與改進零部件結構相結合,提高結構比強度、比剛度水平。
高溫結構材料的發(fā)展目標英國R.R公司對當前和未來發(fā)動機材料的發(fā)展趨勢提出預測如圖1.5所示,鋼用量日趨減少;鎳基高溫合金和鈦合金是用量多的兩種材料;碳纖維復合材料日趨發(fā)展,用量呈上升趨勢;鈦 鋁化合物(Ti3Al、TiAl)、金屬基(Al、Ti)復合材料、陶瓷基復合材料呈發(fā)展態(tài)勢,用量不多,用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料,提高使用溫度、減輕重量、簡化結構、降低成本。高溫結構材料是*發(fā)動機渦輪熱端部件的發(fā)展基礎,熱端部件主要有渦輪靜子和轉子葉片、渦輪盤、燃燒室、尾噴管,所用材料各具特點,均各呈系列發(fā)展。*發(fā)動11
機渦輪葉片按應用年份、材料表面溫度相對應,如圖1.6所示,新材料、新結構、新工藝相結合,得到了成功的發(fā)展和應用,展示出未來發(fā)展新材料的趨勢。其中 PWA1484單晶葉片 +MCrAlY含Y2O3的ZrO2隔熱涂層得到應用;MA6000渦輪葉片,其850℃ ~持久強度高于PWA1480;美國纖維材料公司發(fā)展的低成本C/C復合材料,制成380mm整體渦輪,重3.4kg、密度1.8g/cm3,是鎳基合金的1/4,如圖1.7所示已進入實驗階段,待解決抗氧化等關鍵技術使其實用化。
三、
發(fā)動機用高溫結構的發(fā)展目標在推重比10發(fā)動機服役之后,美國相繼提出發(fā)展推重比15~20發(fā)動機的需求,相應提出擬研制的關鍵材料項目及使用溫度范圍如表1.3所示。此渦扇發(fā)動機擬裝備Ma=3~4飛機,高度21000m,作戰(zhàn)半徑1850km,推重比20發(fā)動機渦輪進口溫度將達到2000℃ ~2200℃,必須采用TiAl復合材料鼓筒無盤結構壓氣機轉子,減重70%;采用陶瓷基復合材料代替高溫合金制造出口溫度均勻、變流量結構火焰筒;用鈦合金基復合材料制造燃燒室機匣;采用陶瓷基復合材料或C/C復合材料制造葉片盤整體結構渦輪,減重30%;在提高飛行速度時短時應用的加力燃燒室襯筒用C/C復合材料制造??傊?,必須采用新材料、新結構相結合才能滿足其設計指標要求。
天用高溫結構材料主要用于火箭發(fā)動機及天飛機防熱系統(tǒng)等的熱結構和防熱材料?;鸺l(fā)動機材料的發(fā)展需求如表1.4所示。液體火箭發(fā)動機推力室、渦輪泵、燃氣發(fā)生器、起動器、噴管;固體火箭發(fā)動機噴管等,不僅需要提供新型高溫結構材料,而且需要采用*工藝技術。例如,采用難熔金屬與合金加抗氧化涂層;采用*C/C復合材料加抗氧化涂層;還要掌握多向編織預制增強體的編織技術、前驅體(如芳基乙炔PAA高殘?zhí)紭渲?/p>
快速致密化(RDT)工藝、抗氧化涂層技術等。
熱防熱設計結合起來,取名為熱結構設計。按此設計可對減輕重量、擴大選材品種、更新傳統(tǒng)的結構框架、采用新工藝技術進行整體和創(chuàng)新。例如,選用抗氧化C/C復合材料、鈦合金、高溫合金多層蜂窩壁板材料與結構等,終實現(xiàn)地球與空間或空間站之間天地往返的運輸系統(tǒng)的運載工具,即可重復飛行(100次)的空天飛機的實用化,提高費效比。值得指出的是俄羅斯優(yōu)先發(fā)展的是一次使用的載人飛船,其結構簡單、可靠性高、費效比高。目前上述兩種途徑仍在探索之中,采用方案取決于所在國型號設計、工業(yè)基礎、科技水平、經濟承受能力、材料工藝條件。目前采用的冷結構外部加防熱系統(tǒng)的思想、選用的防熱材料,代表20世紀70年代材料發(fā)展的水平,實現(xiàn)了30多次成功飛行。已實用的材料有頭錐帽、機翼前緣用抗氧化C/C(>1260℃);機身、機翼下表面用陶瓷隔熱瓦(650℃ ~1200℃);機身、機翼上表面用柔性陶瓷隔熱氈(370℃ ~650℃)等材料。飛船用結構材料則類同于返回式衛(wèi)星、空間站,主要材料為可焊鋁合金、鍛鋁、高強度鋁合金(鉚接結構);燒蝕材料采用*低密度燒蝕材料,玻璃鋼蜂窩中填充硅橡膠材料;重點需要耐高溫輕質鋁合金、鈦合金?! ℃V合金是工程結構金屬材料中密度?。?.75g/cm3~),約為鋁合金的2/3,鈦合金的1/3,鋼的1/4。雖說性模量比鋁合金、鋼低,其比性模量則與鋁合金、合金鋼大致相當。性模量低可使其制作的構件避免高的應力集中,性應變功與性模量成反比,在性范圍內受沖擊載荷時,吸收能量則比鋁合金大一半。因此,鎂合金適宜于制造高剛性、整體構件和受沖擊的構件,具有高的振動阻尼性能,制造儀器殼體、基座,在傳遞振動時具有阻尼減振降噪作用,提高儀器的靈敏度和穩(wěn)定性。
高溫鎂合金在20世紀80年代發(fā)展起來,具有變形和鑄造鎂合金兩類。鎂稀土合金成為發(fā)展耐熱鎂合金的主要系列,使用溫度150℃以上稱為高溫鎂合金,通常在200℃ ~250℃具有良好的抗蠕變性能。鎂與稀土元素可以形成的MgxREy相是一種耐熱強化相,在晶粒內形成適當排列的亞顯微沉淀,起耐熱強化作用。
根據稀土元素(RE)的不同,鎂合金中添加有Th、Y、Ce、Nd等元素,可制出Mg-Th-Zn-Zr、Mg-Y-Zn-Zr、91 r、Mg-RE-Ag-Zn-Zr等系列耐熱鎂合金。稀土元素添加在鎂合金中,其固溶度隨原子系數(shù)增大而增大,固溶沉淀強化效果隨之提高,在晶粒內形成MgxREy耐熱相,可以綜合提高鎂合金的室溫和高溫拉伸、蠕變、持久性能。通常,經熱處理后,在250℃下蠕變極限(σ0.2/100h)可達25MPa~50MPa,可在200℃ ~250℃下長期使用,有的合金持久性能100h可達35MPa。
俄羅斯研制的МЛ19(Mg-Y-Nd-Zn-Zr)合金已發(fā)展成為可在300℃使用的熱強合金。英國研制出WE54()合金,Y以 75%Y+25%RE混合稀土加入,經固溶處理后在鹽水或聚合物中淬火,在經250℃/16h時效處理,其拉伸性能 σb≥262MPa,σ0.2≥186MPa,δ≥2%,其持久性能優(yōu)于現(xiàn)有鑄造鎂合金,超過RR350鋁合金。
WE54合金耐蝕性接近A356和A357鋁合金,與高純Mg-Al合金相當,鑄造性能遠優(yōu)于 RR350合金,優(yōu)于含銀的稀土鎂合金?!?/p>
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