Возможно, вы слышали, что порошковая металлургия широко применяется в машиностроении.
Но знаете ли вы о применение порошковой металлургии в аэрокосмической промышленности?
PM может производить высокопроизводительные материалы и массово производить сложные детали с формой, близкой к чистой. Это именно то, что нужно для аэрокосмических приложений.
Содержание:
Материалы порошковой металлургии в аэрокосмической промышленности
Суперсплавы (высокоэффективные сплавы)
Знаете ли вы суперсплав? Суперсплавы — это сплавы с относительно высокими температурами плавления, обычно на основе кобальта или никеля. Согласно исследованию Кембриджского университета, суперсплавы могут работать при температурах, примерно в 0.7 раза превышающих их температуру плавления. Это делает их широко используемыми в авиации, космонавтике и медицине.
Суперсплавы на основе никеля
Суперсплавы на основе никеля являются одними из важнейших материалов в авиационных двигателях по следующим причинам:
- Высокая термостойкость
- Отличная устойчивость к коррозии
- Хорошая устойчивость к усталости
В основном он используется для производства дисков турбин, лопаток турбин и т. д. С помощью технологии порошковой металлургии можно улучшить чистоту и однородность сплавов на основе никеля. А также снизить содержание кислорода и примесей, а также повысить прочность и ударную вязкость спеченных деталей.
Распространенными методами производства высокоэффективных порошков сплавов на основе никеля являются:
- Газовое распыление (GA)
- Электродная индукционная плавка с газовым распылением (EIGA)
- Процесс плазменного вращающегося электрода (PREP)
Например, Inconel 625 идеально подходит для систем трубопроводов самолетов и систем реверса тяги двигателей. INCONEL 718 используется в компонентах ракет на жидком топливе и деталях авиационных двигателей благодаря простоте изготовления, доступности и хорошим свойствам.
Суперсплав на основе кобальта
Суперсплав на основе кобальта — еще один материал, который обычно используется в аэрокосмической промышленности. Он играет важную роль в производстве турбинных двигателей, газовых турбин и других компонентов.
По сравнению с суперсплавами на основе никеля, суперсплавы на основе кобальта имеют более высокую температуру плавления, большинство из которых превышает 1300°C. И они обладают лучшей стойкостью к высокотемпературной коррозии и долговечностью. Это позволяет использовать их в направляющих лопатках авиационных двигателей, чтобы избежать отказов при высоких температурах.
В таблице ниже показано применение других суперсплавов, полученных методом порошковой металлургии, в авиадвигателях.
|
Модель материала |
Модель двигателя |
Наименование |
|
В 100 |
F100-PW-100 |
Кольцо кожуха компрессора Диск турбины Кольцо кожуха турбины Комплексный |
|
F119-PW-100 |
Лопастной ротор (IBR) для ступеней 6–9 |
|
|
Rene95 |
F101-GE-100 |
Компрессорный вал Высокий-Низкий |
|
F101-GE-100 |
Диск турбины высокого давления |
|
|
F404-GE-400 |
Компрессор высокого давления Турбина высокого-низкого давления |
|
|
Т700-GE-700 |
Диск турбины |
|
|
Rene88DT |
F101-GE-129 |
Турбинный диск компрессора |
|
CF6-80E |
Диск турбины высокого давления |
|
|
CFM56-5C2 |
Турбина высокого давления |
|
|
GE90 |
Диск компрессора 9-й ступени |
|
|
U720 |
T800 T406 |
10-я ступень компрессора |
|
ME3 |
GP720 |
Диск турбины |
Титановые сплавы
Широко используются титан и титановые сплавы, такие как Ti-6Al-4V.
в аэрокосмической промышленности благодаря следующим свойствам:
- Превосходное соотношение прочности и веса
- Устойчивость к коррозии
- Способность выдерживать высокие температуры
Титановые сплавы отлично подходят для изготовления дисков компрессора, лопаток и навигационных приборов в вентиляторах и компрессорах авиационных двигателей. Ti может значительно снизить вес двигателя, заменив сталь, поэтому можно улучшить соотношение тяги к весу двигателя.
Композит с металлической матрицей (MMC)
MMC — композитный материал из металла и керамики.
Al/SiC MMC обладает более высокой удельной прочностью и жесткостью по сравнению с традиционными металлами, такими как сталь или титан.
Он имеет лучшую термическую стабильность, что важно для высокотемпературных применений турбинных лопаток на самолетах. А MMC имеет повышенную усталостную прочность, снижая вероятность отказа в авиационных двигателях в условиях циклической нагрузки.
Керамический гранулированный песок для гидроразрыва
Керамические материалы могут использоваться в качестве материалов для термического напыления для обеспечения тепловой защиты авиационных деталей.
Применение порошковой металлургии в деталях аэрокосмической промышленности
Лопатки турбины
Лопатки турбины изготовлены из Al-SiC MMC снижает расход топлива самолетов за счет снижения веса. Это экономит расходы и приносит пользу окружающей среде.
Кроме того, благодаря своей превосходной усталостной прочности он продлевает срок службы авиационных двигателей и сокращает время простоя при техническом обслуживании.
Детали двигателя
Камера сгорания
В камерах сгорания обычно используются детали из ПМ из-за их стойкости к высоким температурам и способности выдерживать циклические перепады температур.
Топливные форсунки
Аддитивное производство порошковой металлургии (3D-печать) может обеспечить сложные топливные форсунки
По данным GE Aerospace, они использовали аддитивное производство, чтобы сократить количество деталей в топливных форсунках и снизить вес на 25%.
Тормозные колодки для самолетов
Основой тормозного устройства колеса самолета является тормозная колодка, поскольку в процессе посадки нагрузка на тормозную колодку очень велика, а мгновенная температура ее поверхности также очень высока.
Тормозные колодки из порошковой металлургии, изготовленные из железного порошка или медного порошка в качестве основного компонента и неметаллических порошков для трения и антисклеивания, могут соответствовать вышеуказанным требованиям. В настоящее время большинство военных и гражданских самолетов используют тормозные колодки из порошковой металлургии.
Другие детали для авиационных двигателей, изготовленные методом порошковой металлургии
- Диск компрессора (150 ~ 950 мм)
- Тонкостенный турбинный компрессор
- Вал цилиндра
- Лезвия для горячего распыления
- Литой рычаг регулировки лопаток для двигателя Т-406
- Корпус турбины;
- Вертолетный направляющий аппарат IN718
- Лопатка турбины, изготовленная методом литья под давлением
Покрытия для термического напыления для аэрокосмической отрасли
Помимо деталей, соответствующих определенным требованиям, защита покрытия авиакосмического двигателя имеет важное значение. Эти покрытия эффективно продлевают срок службы ключевых деталей двигателя.
Порошки для термического напыления обычно используются для создания теплозащитных покрытий, герметизирующих покрытий и износостойких покрытий для авиакосмических двигателей.
К распространенным термическим порошкам для напыления относятся:
- Оксидный керамический порошок (Al2O3, ZrO2, Cr2O3, TiO2)
- Порошок сплава (Al-Ni, Ni-Cr, Ti-Ni, Ni-Cr-Al)
- Металлокерамический порошок (WC-Co, Cr3C2-NiCr)
- Чистый металлический порошок (Mo, Al, Cu, Ni, Ti, Ta)
Размер частиц термически напыляемого порошка составляет около 15–150 мкм.
Он имеет следующие характеристики:
- Узкое распределение размеров частиц
- Высокая сферичность
- Хорошая текучесть
- Низкое содержание газа и примесей
Производители могут изготавливать эти высокоточные и чистые порошки с помощью технологии распыления порошковой металлургии.
Преимущества деталей, изготовленных методом порошковой металлургии, в аэрокосмической отрасли
Легкие компоненты
PM может производить легкие компоненты с использованием таких материалов, как алюминий, титан и Al-SiC MMC. Это может снизить расход топлива для самолетов.
В аэрокосмической отрасли Китая использование лопаток турбин низкого давления из титана и алюминия может снизить вес авиационных двигателей массой около 3,000 кг на 30–50 кг, что значительно снизит расход топлива.
Сложные геометрии
Методы порошковой металлургии, такие как литье под давлением порошка (PIM) и горячее изостатическое прессование (ГИП) позволяет создавать сложные формы и геометрические формы, которые трудно или невозможно получить с помощью традиционных методов обработки.
Высокая прочность и долговечность
Процесс порошковой металлургии позволяет производить материалы с заданными свойствами, такими как высокое отношение прочности к весу и отличная усталостная прочность.
Экономичное производство
Сокращение отходов материала, снижение потребления энергии и уменьшение количества этапов обработки.
Термостойкость
Технология порошковой металлургии позволяет производить специальные материалы, устойчивые к высоким температурам, в частности, высокоэффективный сплав третьего поколения на основе никеля — FGH98.