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中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料重大突破 壽命優(yōu)于美2個(gè)量級(jí)

發(fā)布日期:2016-06-23??來源:新華報(bào)業(yè)網(wǎng)我要投稿我要評(píng)論
南京理工大學(xué)材料評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)教育部工程研究中心陳光教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)家973計(jì)劃等資助下,經(jīng)長(zhǎng)期研究,在新型航空航天材料鈦鋁合金方面取得重大跨越性突破。相關(guān)成果Polysynthetic twinned TiAl single crystals for high-temperature applications(高溫PST鈦鋁單晶)于2016年6月20日在線發(fā)表于Nature Materials(《自然材料》)。

中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料

陳光教授在發(fā)布會(huì)上介紹研究成果

航空航天技術(shù)是一個(gè)國(guó)家科技、工業(yè)和國(guó)防實(shí)力的重要體現(xiàn)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)被譽(yù)為飛機(jī)的心臟,葉片則是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中最關(guān)鍵的核心部件,其承溫能力直接決定著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,尤其是推重比。

美國(guó)GE公司采用Ti-48Al-2Cr-2Nb(以下簡(jiǎn)稱4822)合金替代原來的鎳基高溫合金制造了GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)最后兩級(jí)低壓渦輪葉片,使單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)減重約200磅,節(jié)油20%,氮化物(NOx)排放量減少80%,噪音顯著降低,用于波音787飛機(jī),2007年試飛成功,2009年正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng),成為當(dāng)時(shí)航空與材料領(lǐng)域轟動(dòng)性的進(jìn)展。

陳光教授團(tuán)隊(duì)的研究成果在材料性能上實(shí)現(xiàn)了新的大幅度跨越,所制備的PST TiAl單晶室溫拉伸塑性和屈服強(qiáng)度分別高達(dá)6.9%和708MPa,抗拉強(qiáng)度高達(dá)978MPa,實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)高塑的優(yōu)異結(jié)合。更為重要的是,該合金在900℃時(shí)的拉伸屈服強(qiáng)度為637MPa,并具有優(yōu)異的抗蠕變性能,其最小蠕變速率和持久壽命均優(yōu)于已經(jīng)成功應(yīng)用于GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)的4822合金1~2個(gè)數(shù)量級(jí),有望將目前TiAl合金的使用溫度從650~750℃提高到900℃以上。

中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料

通用GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)

為縮短我國(guó)與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的差距,國(guó)家已將航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)列為“重大科技項(xiàng)目”,并于2016年3月正式成立了“中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司”。

北京航空材料研究院曹春曉院士指出:“通常,鎳基單晶高溫合金的承溫能力每提高25~30℃,即為一代新合金。陳光教授團(tuán)隊(duì)發(fā)明的TiAl單晶合金,一下將承溫能力提高了150~250℃以上,是重大突破,屬引領(lǐng)性成果。這項(xiàng)關(guān)鍵材料技術(shù)誕生于我國(guó),是我們國(guó)家和民族的驕傲與自豪!不僅對(duì)我國(guó)的航空航天事業(yè)的發(fā)展具有重大價(jià)值,有助于中國(guó)飛機(jī)有一顆更強(qiáng)的‘中國(guó)心’,也必將對(duì)維護(hù)世界和平、促進(jìn)社會(huì)發(fā)展起到積極作用。”

科技部先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料主題專家組組長(zhǎng)、北京航空材料研究院副總工程師張國(guó)慶研究員指出:“高溫合金是‘重點(diǎn)新材料研發(fā)與應(yīng)用’國(guó)家重大工程的關(guān)鍵研發(fā)內(nèi)容之一,輕質(zhì)高強(qiáng)材料是國(guó)家新材料領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。TiAl合金因其優(yōu)異的比強(qiáng)度和高溫性能,已成為有航空航天應(yīng)用前景的新型高溫結(jié)構(gòu)材料及傳統(tǒng)高溫合金的未來替代材料。南京理工大學(xué)陳光教授團(tuán)隊(duì)研究成功的‘PST高溫TiAl合金單晶’大幅度提高了高溫性能,顯著改善了材料塑性,對(duì)于新型輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展和應(yīng)用具有非常重要的意義”。
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