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1、8.1.2 8.1.2 铝合金及其分类铝合金及其分类1.1.铝的合金化及其特点铝的合金化及其特点合金化的主合金化的主要目的：要目的：合金化元素合金化元素改善材料的工艺和使用性能改善材料的工艺和使用性能例：最高强度可达例：最高强度可达400700400700MPaMPa，耐热性达耐热性达300300C C主要元素：主要元素：Cu,Mg,Si,Mn,Zn,LiCu,Mg,Si,Mn,Zn,Li其它元素：其它元素：Ni,B,Zr,Cr,Ti,RENi,B,Zr,Cr,Ti,RE第1页/共33页铝合金相图及分类铝合金相图及分类第2页/共33页2.2.铝合金的强化方式铝合金的强化方式铝合金的主要强化方式
2、有五种：铝合金的主要强化方式有五种：固溶强化固溶强化时效（沉淀）强化时效（沉淀）强化过剩（第二相）强化过剩（第二相）强化形变强化形变强化细化组织强化细化组织强化问题：试说明问题：试说明如何实现如何实现上述五种上述五种强化过程强化过程第3页/共33页8.1.3 8.1.3 铝合金的热处理铝合金的热处理热处理目的：提高综合性能，稳定合金组织热处理目的：提高综合性能，稳定合金组织热处理方法：退火、淬火（固溶处理）、时效热处理方法：退火、淬火（固溶处理）、时效1.1.退火退火2.2.淬火淬火（固溶处理）（固溶处理）3.3.时效时效问题：说明问题：说明各种热处理各种热处理方法的温度方法的温度对组织结构对
3、组织结构的影响和相的影响和相应工艺过程应工艺过程的作用的作用低温退火低温退火再结晶退火再结晶退火均匀化退火均匀化退火人工时效，自然时效人工时效，自然时效单级时效，多级时效单级时效，多级时效第4页/共33页8.1.4 8.1.4 常用铝合金及其应用常用铝合金及其应用1.1.铸造铝合金铸造铝合金分类：以主要分类：以主要合金元素分合金元素分Al-Cu,Al-Si,Al-Mg,Al-ZnAl-Cu,Al-Si,Al-Mg,Al-Zn性能特点及应用性能特点及应用vAl-SiAl-Si系：铝硅明系：铝硅明vAl-CuAl-Cu系：系：vAl-MgAl-Mg系：系：vAl-ZnAl-Zn系：系：变质处理变质
4、处理铸造性能好铸造性能好高温性能高温性能耐蚀性差耐蚀性差抗冲击、耐腐蚀抗冲击、耐腐蚀耐热性差耐热性差尺寸稳定、便宜尺寸稳定、便宜性能一般性能一般第5页/共33页第6页/共33页第7页/共33页2.2.变形铝合金变形铝合金分类：以性能分类：以性能和使用特点分和使用特点分性能特点及应用性能特点及应用v防锈铝防锈铝Al-MnAl-Mn合金合金Al-MgAl-Mg合金合金v硬铝硬铝Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系系强度可达强度可达420420MPaMPa防锈铝、防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝硬铝、超硬铝、锻铝可热处理强化可热处理强化v超硬铝超硬铝Al-Cu-Mg-ZnAl-Cu-Mg-Zn系系强度可达强
5、度可达680680MPaMPav锻铝锻铝Al-Mg-Si-CuAl-Mg-Si-Cu系系合金元素多、量少合金元素多、量少强度与硬铝类似强度与硬铝类似第8页/共33页8.2 8.2 镁及其合金镁及其合金Al Al 合金合金Mg Mg 合金合金密度密度2 272721 17474资源资源占地壳占地壳8.2%8.2%2.5%2.5%结构结构FCCFCCHCPHCP熔点熔点660660650650强度强度合金可达合金可达450450MPaMPa合金合金350350MPaMPa模量模量较大较大较小较小(抗冲击振动性好抗冲击振动性好)塑性、韧性塑性、韧性好好差差耐蚀性耐蚀性(常规条件常规条件)好好差差导电
6、、导热性导电、导热性好好差差主要合金化元素主要合金化元素Cu Mg Si Mn Zn LiCu Mg Si Mn Zn LiAl Zn Mn ZrAl Zn Mn Zr合金分类合金分类铸造类、变形类铸造类、变形类铸造类、变形类铸造类、变形类强化与热处理强化与热处理五种五种与铝类似与铝类似第9页/共33页8.38.3铜及铜合金铜及铜合金8.3.18.3.1工业纯铜及应用工业纯铜及应用纯铜主要纯铜主要性能与特点性能与特点FCCFCC结构结构无同素异构无同素异构物理性能物理性能化学性能化学性能力学性能力学性能应用：电力电子（电缆、电刷、电线），应用：电力电子（电缆、电刷、电线），防磁机械，换热管，深
7、冷设备防磁机械，换热管，深冷设备紫红色，紫铜紫红色，紫铜密度密度8.98.9g.cmg.cm-2-2,熔点熔点10831083C C导电导热性好，仅次于导电导热性好，仅次于AgAg无磁性，碰撞无火花无磁性，碰撞无火花常规条件耐蚀常规条件耐蚀海水海水,铵盐铵盐,碳酸盐碳酸盐,氧化酸不耐蚀氧化酸不耐蚀强度较高强度较高，室温室温200200MPaMPa极好的塑性和韧性极好的塑性和韧性,无冷脆无冷脆第10页/共33页8.3.28.3.2铜的合金化及分类铜的合金化及分类1.1.铜的合金化：铜的合金化：与与AlAl、MgMg合金化类似合金化类似固溶强化元素：固溶强化元素：Zn,Sn,Al,Mn,Ni(Zn
8、,Sn,Al,Mn,Ni(固溶度固溶度9.4%)9.4%)显著沉淀元素：显著沉淀元素：Be,Ti,Zr,CrBe,Ti,Zr,Cr问题：指出铜合金的强化方法？问题：指出铜合金的强化方法？2.2.铜合金分类：铜合金分类：与与AlAl、MgMg合金化类似合金化类似成型方法：铸造铜合金、变形铜合金成型方法：铸造铜合金、变形铜合金v铸造合金主要指含高锡、高锰、高铅铜合金铸造合金主要指含高锡、高锰、高铅铜合金v其他铜合金均为变形铜合金其他铜合金均为变形铜合金化学成分：黄铜、青铜和白铜化学成分：黄铜、青铜和白铜v黄铜：以锌为主要合金元素黄铜：以锌为主要合金元素v白铜：以镍为主要合金元素白铜：以镍为主要合金
9、元素v青铜：除锌、镍以外的其它元素为主要合金化元素青铜：除锌、镍以外的其它元素为主要合金化元素第11页/共33页8.3.38.3.3常用铜合金及其特点常用铜合金及其特点1.1.黄铜的特性及应用黄铜的特性及应用以锌为主要合金化元素，包括普通黄铜和特殊黄铜以锌为主要合金化元素，包括普通黄铜和特殊黄铜v普通黄铜：普通黄铜：Cu-ZnCu-Zn二元合金二元合金v普通黄铜牌号：普通黄铜牌号：H62,H90H62,H90v普通黄铜主要特点普通黄铜主要特点：色彩美丽色彩美丽单相黄铜机械性能好，易于冷成形单相黄铜机械性能好，易于冷成形加工加工对大气、海水很耐蚀对大气、海水很耐蚀可用于防护层、冷凝器、弹壳可用于
10、防护层、冷凝器、弹壳第12页/共33页v普通黄铜的热处理普通黄铜的热处理单相黄铜不能进行热处理强化，但低温形变后必须进行单相黄铜不能进行热处理强化，但低温形变后必须进行去应力退火（去应力退火（260280260280C C）双相黄铜一般也不进行热处理，可进行热加工。加工后双相黄铜一般也不进行热处理，可进行热加工。加工后也必须去应力退火也必须去应力退火v使用注意事项：脱锌腐蚀和应力腐蚀使用注意事项：脱锌腐蚀和应力腐蚀加加砷砷或或镁镁抑制脱锌腐蚀抑制脱锌腐蚀去应力退火、表面喷丸或表面改性防止应力腐蚀去应力退火、表面喷丸或表面改性防止应力腐蚀第13页/共33页特殊黄铜：除锌外，还加入特殊黄铜：除锌外
11、，还加入AlAl、SnSn、MnMn、NiNi等元素的黄铜。有锰黄铜、铅黄铜、铝黄铜等等元素的黄铜。有锰黄铜、铅黄铜、铝黄铜等v其他合金元素作用：提高硬度、耐磨性、抗蚀性其他合金元素作用：提高硬度、耐磨性、抗蚀性AlAl、SnSn、MnMn、NiNi提高抗蚀性和耐磨性提高抗蚀性和耐磨性MnMn提高耐热性提高耐热性PbPb改善切削性能和润滑性改善切削性能和润滑性v主要应用：螺旋桨、压紧螺帽、重要耐蚀件主要应用：螺旋桨、压紧螺帽、重要耐蚀件v特殊黄铜牌号：特殊黄铜牌号：HMn58-2,HPb59-1HMn58-2,HPb59-1第14页/共33页2.2.白铜白铜白铜：以白铜：以NiNi为主加元素。
12、包括简单白铜和特殊白为主加元素。包括简单白铜和特殊白铜。从铜。从用途用途分为耐蚀白铜和电工白铜分为耐蚀白铜和电工白铜v耐蚀白铜耐蚀白铜主要为简单白铜，主要为简单白铜，B5,B19,B30B5,B19,B30性能：高化学稳定性，冷热加工性好，抗腐蚀疲劳性好性能：高化学稳定性，冷热加工性好，抗腐蚀疲劳性好应用：海水及蒸汽环境中的精密仪表零件，高温高压管道应用：海水及蒸汽环境中的精密仪表零件，高温高压管道v电工白铜：电工白铜：主要性能：高电阻、高热电势、极小的电阻温度系数主要性能：高电阻、高热电势、极小的电阻温度系数应用：电阻器、热电偶及其补偿线，加热器等应用：电阻器、热电偶及其补偿线，加热器等常用
13、材料：常用材料：B16,BMn3-12(B16,BMn3-12(锰铜锰铜)，BMn40-1.5(BMn40-1.5(康铜康铜)v白铜牌号：白铜牌号：B30(B30(简单白铜，含简单白铜，含Ni30%)Ni30%)；BFe5-1(BFe5-1(特殊白铜，含特殊白铜，含Ni5%,Fe1%)Ni5%,Fe1%)第15页/共33页3.3.主要青铜合金及应用主要青铜合金及应用青铜成分：以除青铜成分：以除ZnZn、NiNi以外的元素为主要合金化元素以外的元素为主要合金化元素 青铜牌号：青铜牌号：QBe2,QSn10-2,QAl19-4QBe2,QSn10-2,QAl19-4锡青铜锡青铜SnSn含量决定其性
14、能含量决定其性能Sn(57%)Sn(57%)，塑性好，适于冷热加工，做耐蚀件塑性好，适于冷热加工，做耐蚀件Sn(10%)Sn(10%)，塑性差，铸造流动性差，但线收缩很小。适于塑性差，铸造流动性差，但线收缩很小。适于铸造形状复杂但对外形尺寸要求高的工艺品铸造形状复杂但对外形尺寸要求高的工艺品铝青铜、铍青铜：铝青铜、铍青铜：成分：成分：Al12%;Be1.72.5%Al12%;Be1.72.5%强化：时效强化效果显著强化：时效强化效果显著性能特点：力学性能优秀、其他特殊性能性能特点：力学性能优秀、其他特殊性能应用：高强度、高耐磨耐蚀和弹性零件应用：高强度、高耐磨耐蚀和弹性零件第16页/共33页8
15、.48.4钛及其合金钛及其合金8.4.18.4.1纯钛的性质及应用纯钛的性质及应用纯钛主要纯钛主要性能与特点性能与特点HCP-BCCHCP-BCC可相变强化可相变强化物理性能物理性能化学性能化学性能力学性能力学性能应用：航空航天航海、化工等领域结构材料应用：航空航天航海、化工等领域结构材料银白色银白色密度密度4.544.54g.cmg.cm-2-2,熔点熔点16801680o oC C导热性差，线膨胀小导热性差，线膨胀小高温耐蚀性差高温耐蚀性差大气大气,海水海水,中性及氧化性介质耐蚀中性及氧化性介质耐蚀活泼，可与活泼，可与C,H,O,NC,H,O,N反应反应强度较高强度较高，室温室温26026
16、0MPaMPa弹性模量低，抗冲击弹性模量低，抗冲击塑性韧性好，高低温性能好塑性韧性好，高低温性能好第17页/共33页8.4.2 8.4.2 钛的合金化及分类钛的合金化及分类a.a.与与,相完全固溶。相完全固溶。ZrZr、HfHf等等b.b.相稳定元素，扩大相稳定元素，扩大 相区。相区。Al,Ni,Sn,O,CAl,Ni,Sn,O,Cc.c.相稳定元素，扩大相稳定元素，扩大 相区。相区。Nd,Mo,V,Nd,Mo,V,W Wd.d.共析型相图，共析型相图，Ag,Cu,Fe,Cr,Mn,Ag,Cu,Fe,Cr,Mn,SiSi按退火状态，钛合金分为按退火状态，钛合金分为 型型(TA48TA48),)
17、,型型(TB12TB12),),+型型(TC110TC110)合金化特合金化特点与相图点与相图有关有关第18页/共33页8.4.38.4.3钛合金的热处理钛合金的热处理退火：去应力退火退火：去应力退火(450650(450650C C)，再结晶退火再结晶退火(750800(750800 C C)淬火及时效：淬火及时效：淬火：从淬火：从 相快速冷却，有无扩散的马氏体相变过程发生。相快速冷却，有无扩散的马氏体相变过程发生。(BCC)BCC)(HCP)(HCP)v马氏体为马氏体为 稳定元素在稳定元素在 钛中的过饱和置换式固溶体钛中的过饱和置换式固溶体时效温度时效温度(450650(450650C)C
18、)。v强化主要靠亚稳强化主要靠亚稳 相和由过饱和相和由过饱和 相分解析出高度弥散的固溶体相分解析出高度弥散的固溶体 相来实相来实现现第19页/共33页8.4.48.4.4钛合金的性能特点和应用钛合金的性能特点和应用1.1.型钛合金：型钛合金：不能热处理强化不能热处理强化室温强度较低，耐蚀成形焊接性好室温强度较低，耐蚀成形焊接性好热强性和蠕变强度最高热强性和蠕变强度最高制作飞机构件、发动机叶片，超低温容器等制作飞机构件、发动机叶片，超低温容器等2.2.型合金元素型合金元素MnMn、CrCr、MoMo、V,V,可淬火时效强化可淬火时效强化室温强度可达室温强度可达 b b1300MPa,1300MP
19、a,为为5%5%塑性韧性好，耐热性差。不常应用，一般作紧固塑性韧性好，耐热性差。不常应用，一般作紧固件件3.3.+兼有兼有 和和 型钛合金的优点型钛合金的优点综合机械性能好。耐热、耐寒、耐蚀，强度高综合机械性能好。耐热、耐寒、耐蚀，强度高第20页/共33页第八章第八章 总结总结了解铝、铜合金的分类，熟悉相应牌号了解铝、铜合金的分类，熟悉相应牌号比较钢材与铝合金强化方式异同，并说明原因比较钢材与铝合金强化方式异同，并说明原因熟悉一些新的概念：时效、人工时效、黄铜、应力腐蚀、变质处理、熟悉一些新的概念：时效、人工时效、黄铜、应力腐蚀、变质处理、第21页/共33页 喷喷气气式式发发动动机机一一般般有
20、有军军民民之之分分。民民用用发发动动机机由由低低压压压压气气机机（风风扇扇）、高高压压压压气气机机、燃燃烧烧室室和和涡涡轮轮等等部部件件组组成成。相相当当一一部部分分作作战战飞飞机机和和全全部部战战斗斗机机为为了了在在最最大大重重量量起起飞飞和和加加速速的的需需要要，还还需需在在发发动动机机后后面面加加上上加加力力燃燃烧烧室室。一一般般战战斗斗机机若若要要超超音音速速飞飞行行，只只有有在在发发动动机机加加力力燃燃烧烧室室工工作作（简简称称发发动动机机开开加加力力）时时才才能能达达到到。发发动动机机开开加加力力时时，一一是是加加力力燃燃烧烧室室温温度度极极高高，二二是是燃燃料料消消耗耗量量猛猛增
21、增，要要不不了了多多久久油油料料就就会会告告罄罄。因因此此，所所谓谓的的超超音音速速飞飞行行几几乎乎没没有有什什么么战战术术价价值值。在在第第四四代代战战斗斗机机设设计计与与使使用用中中，不不仅仅要要在在顾顾及及隐隐形形的的前前提提下下降降低低飞飞行行阻阻力力，对对发发动动机机的的要要求求也也很很高高，其其目目的的就就是是实实现现1.41.41.61.6倍倍音音速速甚甚至至更更高高的的超超音音速速巡巡航航。所所谓谓巡巡航航，是是指指飞飞机机在在较较低低的的燃燃油油消消耗耗下下长长时时间间飞飞行行，很很显显然然，此此时时是是不不能能开开加加力力的的。第第四四代代战战斗斗机机之之所所以以能能够够超
22、超音音速速巡巡航航，主主要要得得益益于于其其动动力力装装置置的的中中间间推推力力（这这时时包包括括压压气气机机、主主燃燃烧烧室室和和涡涡轮轮在在内内的的核核心心机机的的工工作作状状态态和和加加力力推推力力时时的的状状态态相相同同，加加力力燃燃烧烧室室不不喷喷油油点点火火）较较大大。例例如如美美国国F-22AF-22A战战斗斗机机装装备备的的F119-PW-100F119-PW-100发发动动机机的的中中间间推推力力足足有有97.8697.86千千牛牛（相相当当于于99969996千千克克力力），而而我我国国从从英英国国引引进进的的“斯斯贝贝”Mk.202Mk.202（国国内内仿仿制制型型号号称
23、称为为“秦秦岭岭”）重）重18421842千克，加力推力为千克，加力推力为91.2691.26千牛，中间推力为千牛，中间推力为49.9149.91千牛。千牛。高推重比发动机高推重比发动机第22页/共33页 喷喷气气式式发发动动机机包包括括涡涡轮轮喷喷气气发发动动机机和和涡涡轮轮风风扇扇发发动动机机。随随着着航航空空发发动动机机的的发发展展，业业界界普普遍遍要要求求研研制制噪噪声声小小、性性能能好好、经经济济和和安安全全可可靠靠的的涡涡扇扇发发动动机机，而而不不是是涡涡喷喷发发动动机机。原原因因就就在在于于涡涡扇扇发发动动机机的的特特殊殊结结构构和和特特点点。涡涡扇扇发发动动机机较较之之涡涡喷喷
24、发发动动机机的的不不同同点点在在于于第第一一级级或或前前几几级级低低压压压压气气机机变变成成了了风风扇扇，在在风风扇扇最最外外端端与与原原来来的的涡涡喷喷发发动动机机的的机机匣匣之之间间多多出出了了外外涵涵道道，原原来来涡涡喷喷发发动动机机空空气气流流经经的的地地方方便便成成了了内内涵涵道道。涡涡扇扇发发动动机机内内通通过过外外涵涵道道和和内内涵涵道道的的空空气气流流量量之之比比，称称作作涵涵道道比比或或流流量量比比。在在推推力力既既定定的的情情况况下下，涡涡扇扇发发动动机机的的耗耗油油率率较较低低，这这是是现现役役飞飞机机采采用用涡涡扇扇发发动动机机的的重重要要原原因因。降降低低耗耗油油率率
25、的的办办法法还还有有一一个个，即即提提高高热热效效率率。这这就就要要求求提提高高压压气气机机的的总总增增压压比比（多多转转子子压压气气机机最最后后一一个个压压气气机机出出口口总总压压和和第第一一个个压压气气机机进进口口总总压压之之比比）、涡涡轮轮前前燃燃气气温温度度和和各各部部件件的的效效率率。归归纳纳起起来来就就是是通通过过“三三高高”，即即高高增增压压比比、高高涡涡轮轮前前燃燃气气温温度度和和高高涵涵道道比比，来来实实现现低低耗耗油油率率这这个个“一一低低”。尽尽管管较较高高涵涵道道比比有有利利于于提提高高发发动动机机推推力力、降降低低油油耗耗，但但不不是是每每种种飞飞机机皆皆可可使使用用
26、。由由于于高高涵涵道道比比涡涡扇扇发发动动机机的的飞飞行行阻阻力力较较大大，大大多多用用于于高高亚亚音音速速飞飞机机，战战斗斗机机因因高高速速飞飞行行和和增增强强机机动动性性的的要要求求，只只能能使使用用飞飞行行阻阻力力小小的的小小涵涵道道比比涡涡扇扇发发动动机机（涵涵道道比比大大多多小小于于1 1，甚甚至至达到达到0.20.20.30.3左右）。左右）。第23页/共33页 为了达到推重比为为了达到推重比为1010一级这个目标，设计人员在一级这个目标，设计人员在F119F119的研制中，的研制中，采用了多项先进的设计参数。其中，总增压比为采用了多项先进的设计参数。其中，总增压比为3535（F1
27、00F100为为2525），涡），涡轮前燃气温度为轮前燃气温度为16771677（F100F100为为13991399）。为达到这两个参数，必须）。为达到这两个参数，必须采用最先进的技术，包括空气动力学和燃烧学的最新成果，先进的结采用最先进的技术，包括空气动力学和燃烧学的最新成果，先进的结构设计与冷却技术，先进的非金属材料、金属材料与制造技术，先进构设计与冷却技术，先进的非金属材料、金属材料与制造技术，先进的控制技术等。只有这样，才能使研制的发动机具有先进的性能、较的控制技术等。只有这样，才能使研制的发动机具有先进的性能、较长的寿命与较高的可靠性，而且结构简单、零件数少。与长的寿命与较高的可靠
28、性，而且结构简单、零件数少。与F100-PW-F100-PW-220220相比，相比，F119-PW-100F119-PW-100的压气机与涡轮的总级数少了的压气机与涡轮的总级数少了6 6级（级（-36%-36%），），零件数减少零件数减少40%40%。此外，。此外，F119F119采用了许多新颖的设计。包括空心风扇采用了许多新颖的设计。包括空心风扇叶片（叶片（F119F119是第一种在战斗机中采用空心风扇叶片的发动机）、整体是第一种在战斗机中采用空心风扇叶片的发动机）、整体叶盘、复合材料风扇进口机匣等。采取以上措施后，叶盘、复合材料风扇进口机匣等。采取以上措施后，F119F119的长度为的长
29、度为48264826毫米，最大直径毫米，最大直径11431143毫米，重量毫米，重量13601360千克，最大加力推力达到千克，最大加力推力达到155.68155.68千牛，中间推力千牛，中间推力97.8697.86千牛，推重比大于千牛，推重比大于1010。第24页/共33页第25页/共33页 提提高高航航空空发发动动机机涡涡轮轮前前燃燃气气温温度度的的途途径径有有两两个个：一一是是寻寻求求和和研研制制新新的的耐耐高高温温材材料料，二二是是采采用用冷冷却却技技术术。自自从从2020世世纪纪4040年年代代燃燃气气涡涡轮轮发发动动机机诞诞生生以以来来，喷喷气气式式发发动动机机的的推推重重比比已已
30、从从2 2左左右右提提高高到到1010以以上上。在在航航空空燃燃气气涡涡轮轮发发动动机机的的4 4个个热热端端部部件件（燃燃烧烧室室、涡涡轮轮、加加力力燃燃烧烧室室、尾尾喷喷管管）中中，主主燃燃烧烧室室和和涡涡轮轮的的工工作作温温度度数数十十年年来来已已提提高高了了大大约约900900，而而加加力力燃燃烧烧室室与与尾尾喷喷管管早早已已在在17001700高高温温下下工工作作。过过去去，发发动动机机性性能能的的提提高高有有1/31/3归归功功于于采采用用了了新新材材料料和和新新工工艺艺，今今后后这这个个比比例例还还将将更更高高。纯纯粹粹的的金金属属，如如纯纯金金、纯纯银银、纯纯铜铜等等在在常常温
31、温下下很很软软，更更不不用用说说在在高高温温和和高高负负荷荷下下工工作作。科科技技工工作作者者经经过过大大量量筛筛选选后后把把镍镍、钴钴、铁铁镍镍作作为为基基本本金金属属，然然后后再再用用另另一一种种或或几几种种金金属属与与基基本本金金属属按按一一定定比比例例配配好好，放放在在熔熔炼炼炉炉中中共共熔熔。当当固固溶溶体体凝凝固固后后就就成成了了一一种种新新的的合合金金，不不仅仅耐耐高高温温而而且且有有很很高高的的强强度度。固固溶溶强强化化的的冶冶金金技技术术以以及及和和淬淬火火技技术术相相近近的的时时效效热热处处理理这这两两种种不不同同的的高高温温合合金金的的强强化化办办法法可可以以分分别别采采
32、用用，也也可可以以同同时时使使用用。由由此此制制成成的的高高温温合合金金可可在在10001000下下长长期期工工作作。在在采采用用定定向向凝凝固固和和单单晶晶工工艺艺加加工工复复杂杂的的涡涡轮轮叶叶片片零零件件时时，其其基基体体工工作作温温度度允允许许达达到到1100110011501150。目目前前，用用于于涡涡轮轮静静子子叶叶片片和和工工作作叶叶片片的的材材料料大大都都是是这这类类材材料料。在在采采用用空空心心气气冷冷的的条条件件下下，允许涡轮在允许涡轮在1527152716771677的高温下，安全、可靠、长期运行。的高温下，安全、可靠、长期运行。第26页/共33页 目目前前，正正在在研
33、研制制的的性性能能更更好好的的耐耐高高温温材材料料主主要要有有氧氧化化物物弥弥散散强强化化高高温温合合金金、金金属属间间化化合合物物、金金属属基基复复合合材材料料、陶陶瓷瓷与与陶陶瓷瓷基基复复合合材材料料、碳碳-碳碳复复合合材材料料等等。可可见见，耐耐高高温温材材料料在在一一定定程程度度上上代代表表了了航航空空发发动动机机的的水水平平。涡涡轮轮前前燃燃气气温温度度或或燃燃烧烧室室出出口口温温度度同同样样代代表表了了燃燃气气涡涡轮轮发发动动机机的的技技术术水水平平。涡涡轮轮前前燃燃气气温温度度愈愈高高，流流过过发发动动机机的的每每千千克克空空气气产产生生的的功功愈愈多多。因因此此，设设计计人人员
34、员总总是是想想方方设设法法把把涡涡轮轮前前温温度度尽尽可可能能提提高高。在在2020世世纪纪6060年年代代初初，当当时时的的涡涡轮轮前前温温度度水水平平为为900900950950。按按照照“三三高高”要要求求，1010年年后后达达到到1227122713771377。要要知知道道涡涡轮轮转转速速高高达达每每分分钟钟1000010000多多转转，而而且且是是在在10103030多多个个大大气气压压下下工工作作，离离心心力力和和气气动动力力都都非非常常巨巨大大。在在燃燃气气温温度度提提高高的的同同时时，还还需需要要对对涡涡轮轮进进行行降降温温。目目前前，涡涡轮轮工工作作叶叶片片的的冷冷却却技技
35、术术不不外外乎乎有有对对流流冷冷却却、气气膜膜冷冷却却、发发散散冷冷却却和和复复合合冷冷却却四四种种基基本本方方法法。为为了了有有效效降降温温，大大多多数数发发动动机机的的涡涡轮轮叶叶片片是是空空心心的的，冷冷空空气气从从这这里里流流出出以以吸吸收收热热量量。以以气气膜膜冷冷却却为为例例，该该方方法法是是通通过过许许多多小小孔孔或或长长槽槽让让冷冷却却气气流流从从叶叶片片的的内内腔腔流流到到叶叶片片的的外外表表面面。既既吸吸收收一一部部分分热热量量，又又在在叶叶片片工工作作表表面面形形成成了了一一道道冷冷气气膜膜把把高高温温燃燃气气与与叶叶片片隔隔离离开开来来，起起到到了了双双重重防防护护作作
36、用。气膜冷却可以使叶片材料温度降低用。气膜冷却可以使叶片材料温度降低300300400400。高高温温涡涡轮轮及及其其叶叶片片的的设设计计与与制制造造技技术术涉涉及及气气动动、传传热热、冶冶金金材材料料和和制制造造工工艺艺等等多多种种学学科科和和领领域域，集集中中了了多多项项高高新新技技术术，代代表表了了一一个个国国家家的的科技水平。科技水平。第27页/共33页第28页/共33页 早早期期的的涡涡轮轮工工作作叶叶片片均均采采用用锻锻造造成成形形，但但留留有有较较大大加加工工余余量量的的毛毛坯坯还还须须经经机机械械加加工工。2020世世纪纪五五六六十十年年代代，发发展展出出无无余余量量精精密密铸
37、铸造造的的涡涡轮轮工工作作叶叶片片毛毛坯坯。铸铸造造叶叶片片材材料料的的组组织织为为紧紧密密结结合合的的多多晶晶粒粒，晶晶粒粒与与晶晶粒粒之之间间存存在在多多个个方方向向的的晶晶界界，会会影影响响承承受受载载荷荷的的能能力力。后后来来发发展展了了定定向向凝凝固固的的铸铸造造方方法法，即即铸铸造造时时让让晶晶粒粒沿沿叶叶片片方方向向生生成成。这这种种定定向向结结晶晶的的叶叶片片承承受受拉拉伸伸的的能能力力比比一一般般精精密密铸铸造造的的叶叶片片强强，而而且且工工作作寿寿命命也也较较长长，但但它它仍仍然然存存在在着着晶晶界界。后后来来，又又发发展展出出使使整整个个工工作作叶叶片片成成为为一一个个晶
38、晶体体的的铸铸造造方方法法，用用此此方方法法加加工工的的工工作作叶叶片片被被称称为为单单晶晶涡涡轮轮叶叶片片。既既是是单单晶晶，就就不不再再需需要要硼硼、铪铪、锆锆这这些些专专为为强强化化晶晶界界而而采采用用的的熔熔点点较较低低的的元元素素。去去掉掉这这些些元元素素后后，合合金金的的融融化化温温度度提提高高约约100100左左右右，热热处处理理温温度度增增加加7575左左右右。单单晶晶叶叶片片自自2020世世纪纪8080年年代代初初已已在在许许多多航航空空发发动动机机上上推推广广应应用用，目目前前已已经经有有五五代代单单晶晶高高温温合合金金相相继继问问世世。我我国国在在单单晶晶高高温温合合金金
39、的的研研制制方方面面，先先后后研发了三代单晶合金，即研发了三代单晶合金，即DD3DD3、DD6DD6和和DD90DD90。第29页/共33页 早早期期型型号号的的“太太行行”发发动动机机的的涡涡轮轮叶叶片片虽虽然然是是定定向向结结晶晶的的DZ125DZ125高高温温合合金金先先进进材材料料，但但采采用用了了我我国国独独创创的的低低偏偏析析技技术术，其其综综合合性性能能可可以以和和第第一一代代的的单单晶晶高高温温合合金金媲媲美美。批批量量生生产产的的该该型型发发动动机机估估计计会会采采用用DD6DD6镍镍基基单单晶晶涡涡轮轮叶叶片片。在在冷冷却却方方面面，“太太行行”发发动动机机采采用用了了对对
40、流流、前前缘缘撞撞击击加加气气膜膜的的多多孔孔回回流流复复合合冷冷却却技技术术，使使涡涡轮轮叶叶片片的的冷冷却却效效果果提提高高了了2 2倍倍。由由于于运运用用了了高高推推预预研研的的先先进进成成果果，“太太行行”发发动动机机的的总总压压比比与与美美国国第第三三代代战战斗斗机机使使用用的的F110F110涡涡扇扇发发动动机机相相似似，达达到到3030以以上上，涡涡轮轮前前温温度度为为14741474，推推重重比比7.57.5，加加力力推推力力129.41129.41千千牛牛。相相比比之之下下，俄俄罗罗斯斯AL-31FAL-31F涡涡轮轮前前温温度度为为13921392，推推重重比比7.147.
41、14，加加力力推推力力122.58122.58千千牛牛；美美国国F110-GE-129F110-GE-129的的涡涡轮轮前前温温度度为为14551455，推推重重比比为为7.367.36，加加力力推推力力为为129129千千牛牛。总总体体比比较较，“太太行行”发发动动机机的的性性能能高高于于AL-31FAL-31F，与与F110-GE-129F110-GE-129相相当当。中中航航工工业业在在研研制制“太太行行”发发动动机机时时还还采采用用了了超超塑塑成成形形/扩扩散散连连接接风风扇扇导导流流叶叶片片，钛钛合合金金宽宽弦弦风风扇扇空空心心叶叶片片，电电子子束束焊焊整整体体涡涡轮轮叶叶盘盘，钛钛
42、合合金金精精铸铸中中介介机机匣匣，短短环环燃燃烧烧室室，挤挤压压油油膜膜轴轴承承，刷刷式式密密封封，收收敛敛扩扩散散喷喷管管，高高压压机机匣匣处处理理以以及及整整机机单单元元体体设设计计等等先先进进技技术术。其其制制造造工工艺艺与与F100F100、AL-31FAL-31F相似，十分先进。相似，十分先进。第30页/共33页 现现今今西西方方国国家家使使用用的的耐耐高高温温材材料料为为镍镍基基耐耐高高温温合合金金，而而中中国国研研制制出出的的新新型型高高温温高高性性能能高高铌铌钛钛铝铝合合金金，耐耐高高温温密密度度超超过过镍镍基基高高温温合合金金的的一一半半。这这一一技技术术将将使使中中国国航航
43、空空航航天天发发动动机机材材料料居居世世界界领领先先水水平平，据据介介绍绍，高高铌铌钛钛铝铝合合金金的的应应用用，开开辟辟了了航航空空、航航天天、汽汽车车等等重重要要领领域域的的新新发发展展，使使现现有有设设备备得得到到突突破破性性发发展展。更更为为关关键键的的是是，由由于于高高铌铌钛钛铝铝合合金金的的密密度度大大约约是是镍镍基基合合金金的的一一半半，使使用用它它制制造造发发动动机机高高温温部部件件，可可以以大大大大减减轻轻发发动动机机的的重重量量，从而极大提高了发动机的推重比。从而极大提高了发动机的推重比。第31页/共33页 从从首首飞飞发发动动机机声声音音判判断断，绝绝对对是是新新型型的的
44、大大涵涵道道比比发发动动机机，它它的的涵涵道道比比超超过过歼歼-10-10、SU-27SU-27和和F-22F-22三三种种战战机机。流流传传的的视视频频显显示示了了“歼歼2020”的的起起飞飞过过程程，从从中中看看到到，起起飞飞时时并并没没有有看看到到发发动动机机尾尾部部的的喷喷火火，这这足足以以显显示示中中国国“歼歼2020”的的发发动动机机喷喷口口红红外外隐隐身身技技术术已已达达到到了了世世界界一一流流。据据资资料料显显示示，F-22F-22同同样样使使用用了了先先进进的的红红外外隐隐身身技技术术，通通过过喷喷流流冷冷却却矩矩形形喷喷口口，垂垂尾尾、平平尾尾、尾尾撑撑向向后后延延伸伸，可可遮遮蔽蔽发发动动机机喷喷口口的的红红外外线线辐辐射射。在在炽炽热热喷喷流流飞飞出出尾尾喷喷口口前前就就得得到到了了降降温温，因因而而红红外外特特征征显显着着降降低低。而而歼歼-20-20的的发发动动机机喷喷口口竟竟然然如如此此完完美美，很很多多外军专家看后都表示不可思议。外军专家看后都表示不可思议。第32页/共33页感谢您的观看！第33页/共33页