1、8.1 8.1 铝及铝合金铝及铝合金8.1.18.1.1工业纯铝工业纯铝优异的化学稳定性优异的化学稳定性银白光泽银白光泽密度密度2.722.72g.cmg.cm-2-2, , 熔点熔点660660C C导电导热性好，仅次于导电导热性好，仅次于Cu,AgCu,Ag强度较低，室温强度较低，室温5050MPaMPa极好的塑性和韧性极好的塑性和韧性, , 无冷脆无冷脆纯铝主要纯铝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资源丰富，地壳总量资源丰富，地壳总量8.2%8.2%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：合金组元，化工原料，包覆材料，应用：合金组元，化工原料，
2、包覆材料，电力电子，电磁屏蔽，科学实验电力电子，电磁屏蔽，科学实验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铝合金相图及分
3、类铝合金相图及分类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铝合金的主要强化方式有五种：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
4、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：以主分类：以主要合金元素要合金元素分分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：
5、vAl-MgAl-Mg系：系：vAl-ZnAl-Zn系：系：变质处理变质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-C
6、u-Mg-Zn系系强度可达强度可达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
7、条件常规条件) )好好差差导电、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
8、械，换热管，深冷设备防磁机械，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,A
9、l,Mn,Ni(Zn,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
10、白铜：以镍为主要合金元素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，易单相黄铜机械性能好，易于冷成形加工于冷成形加工对大气、海水很耐蚀对大气、海水很耐蚀可用于防护层、冷凝器、可用
11、于防护层、冷凝器、弹壳弹壳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去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（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。加工后也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特殊黄铜：除锌外，还加入特殊黄铜：除锌外，还加入AlAl、SnSn、M
12、nMn、NiNi等等元素的黄铜。有锰黄铜、铅黄铜、铝黄铜等元素的黄铜。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, HPb59-12.2.白铜白铜白铜：以白铜：以NiNi为主加元素。包括简单白铜和特殊白铜。为主加元素。包括简单
13、白铜和特殊白铜。从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，加热器等常用材料：常用材料：B16, BMn3-
14、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%)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含量决定其性能含量决定其性能Sn(57
15、%)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8.48.4钛及其合金钛及其合金8.4.1
16、8.4.1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260260MPaMPa
17、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, WNd, Mo, V, Wd.d. 共析型相图，共析型相图，Ag, Cu, Fe, Cr, Mn, SiAg, Cu, Fe, Cr, Mn, Si按退火状态，钛合金分为按退火状态，钛合金分为 型型( (TA
18、48TA48), ), 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) )，再结晶退再结晶退火火(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相快速冷却，有无扩散的马氏体相变过程发生。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
19、温度时效温度(450650(450650C)C)。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 相分解析出高度弥相分解析出高度弥散的固溶体散的固溶体 相来实现相来实现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
20、 b b1300MPa, 1300MPa, 为为5%5%塑性韧性好，耐热性差。不常应用，一般作紧固件塑性韧性好，耐热性差。不常应用，一般作紧固件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，并说比较钢材与铝合金强化方式异同，并说明原因明原因 熟悉一些新的概念：时效、人工时效、熟悉一些新的概念：时效、人工时效、黄铜、应力腐蚀、变质处理、黄铜、应力腐蚀、变质处理、 喷气式发动机一般
21、有军民之分。民用发动机由低压压气机（风扇）、喷气式发动机一般有军民之分。民用发动机由低压压气机（风扇）、高压压气机、燃烧室和涡轮等部件组成。相当一部分作战飞机和全部战高压压气机、燃烧室和涡轮等部件组成。相当一部分作战飞机和全部战斗机为了在最大重量起飞和加速的需要，还需在发动机后面加上加力燃斗机为了在最大重量起飞和加速的需要，还需在发动机后面加上加力燃烧室。一般战斗机若要超音速飞行，只有在发动机加力燃烧室工作（简烧室。一般战斗机若要超音速飞行，只有在发动机加力燃烧室工作（简称发动机开加力）时才能达到。发动机开加力时，一是加力燃烧室温度称发动机开加力）时才能达到。发动机开加力时，一是加力燃烧室温度
22、极高，二是燃料消耗量猛增，要不了多久油料就会告罄。因此，所谓的极高，二是燃料消耗量猛增，要不了多久油料就会告罄。因此，所谓的超音速飞行几乎没有什么战术价值。在第四代战斗机设计与使用中，不超音速飞行几乎没有什么战术价值。在第四代战斗机设计与使用中，不仅要在顾及隐形的前提下降低飞行阻力，对发动机的要求也很高，其目仅要在顾及隐形的前提下降低飞行阻力，对发动机的要求也很高，其目的就是实现的就是实现1.41.41.61.6倍音速甚至更高的超音速巡航。所谓巡航，是指飞倍音速甚至更高的超音速巡航。所谓巡航，是指飞机在较低的燃油消耗下长时间飞行，很显然，此时是不能开加力的。第机在较低的燃油消耗下长时间飞行，很
23、显然，此时是不能开加力的。第四代战斗机之所以能够超音速巡航，主要得益于其动力装置的中间推力四代战斗机之所以能够超音速巡航，主要得益于其动力装置的中间推力（这时包括压气机、主燃烧室和涡轮在内的核心机的工作状态和加力推（这时包括压气机、主燃烧室和涡轮在内的核心机的工作状态和加力推力时的状态相同，加力燃烧室不喷油点火）较大。例如美国力时的状态相同，加力燃烧室不喷油点火）较大。例如美国F-22AF-22A战斗战斗机装备的机装备的F119-PW-100F119-PW-100发动机的中间推力足有发动机的中间推力足有97.8697.86千牛（相当于千牛（相当于99969996千千克力），而我国从英国引进的克
24、力），而我国从英国引进的“斯贝斯贝”Mk.202Mk.202（国内仿制型号称为（国内仿制型号称为“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 喷气式发动机包括涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。随着航空发喷气式发动机包括涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。随着航空发动机的发展，业界普遍要求研制噪声小、性能好、经济和安全可靠的涡动机的发展，业界普遍要求研制噪声小、性能好、经济和安全可靠的涡扇发动机，而不是涡喷发动机。原因就在于涡扇发动机的特殊结构和特扇发动机，而不是涡喷
25、发动机。原因就在于涡扇发动机的特殊结构和特点。涡扇发动机较之涡喷发动机的不同点在于第一级或前几级低压压气点。涡扇发动机较之涡喷发动机的不同点在于第一级或前几级低压压气机变成了风扇，在风扇最外端与原来的涡喷发动机的机匣之间多出了外机变成了风扇，在风扇最外端与原来的涡喷发动机的机匣之间多出了外涵道，原来涡喷发动机空气流经的地方便成了内涵道。涡扇发动机内通涵道，原来涡喷发动机空气流经的地方便成了内涵道。涡扇发动机内通过外涵道和内涵道的空气流量之比，称作涵道比或流量比。在推力既定过外涵道和内涵道的空气流量之比，称作涵道比或流量比。在推力既定的情况下，涡扇发动机的耗油率较低，这是现役飞机采用涡扇发动机的
26、的情况下，涡扇发动机的耗油率较低，这是现役飞机采用涡扇发动机的重要原因。降低耗油率的办法还有一个，即提高热效率。这就要求提高重要原因。降低耗油率的办法还有一个，即提高热效率。这就要求提高压气机的总增压比（多转子压气机最后一个压气机出口总压和第一个压压气机的总增压比（多转子压气机最后一个压气机出口总压和第一个压气机进口总压之比）、涡轮前燃气温度和各部件的效率。归纳起来就是气机进口总压之比）、涡轮前燃气温度和各部件的效率。归纳起来就是通过通过“三高三高”，即高增压比、高涡轮前燃气温度和高涵道比，来实现低，即高增压比、高涡轮前燃气温度和高涵道比，来实现低耗油率这个耗油率这个“一低一低”。尽管较高涵道
27、比有利于提高发动机推力、降低油。尽管较高涵道比有利于提高发动机推力、降低油耗，但不是每种飞机皆可使用。由于高涵道比涡扇发动机的飞行阻力较耗，但不是每种飞机皆可使用。由于高涵道比涡扇发动机的飞行阻力较大，大多用于高亚音速飞机，战斗机因高速飞行和增强机动性的要求，大，大多用于高亚音速飞机，战斗机因高速飞行和增强机动性的要求，只能使用飞行阻力小的小涵道比涡扇发动机（涵道比大多小于只能使用飞行阻力小的小涵道比涡扇发动机（涵道比大多小于1 1，甚至，甚至达到达到0.20.20.30.3左右）。左右）。 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F119F11
28、9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（F100F100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
29、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
30、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。 提高航空发动机涡轮前燃气温度的途径有两个：一是寻求和研制新提高航空发动机涡轮前燃气温度的途径有两个：一是寻求和研制新的耐高温材料，二是采用冷却技术。自从的耐高温材料，二是采用冷却技术。自从2020世纪世纪4040年代燃气
31、涡轮发动机年代燃气涡轮发动机诞生以来，喷气式发动机的推重比已从诞生以来，喷气式发动机的推重比已从2 2左右提高到左右提高到1010以上。在航空燃以上。在航空燃气涡轮发动机的气涡轮发动机的4 4个热端部件（燃烧室、涡轮、加力燃烧室、尾喷管）个热端部件（燃烧室、涡轮、加力燃烧室、尾喷管）中，主燃烧室和涡轮的工作温度数十年来已提高了大约中，主燃烧室和涡轮的工作温度数十年来已提高了大约900900，而加力，而加力燃烧室与尾喷管早已在燃烧室与尾喷管早已在17001700高温下工作。过去，发动机性能的提高有高温下工作。过去，发动机性能的提高有1/31/3归功于采用了新材料和新工艺，今后这个比例还将更高。纯
32、粹的金归功于采用了新材料和新工艺，今后这个比例还将更高。纯粹的金属，如纯金、纯银、纯铜等在常温下很软，更不用说在高温和高负荷下属，如纯金、纯银、纯铜等在常温下很软，更不用说在高温和高负荷下工作。科技工作者经过大量筛选后把镍、钴、铁镍作为基本金属，然后工作。科技工作者经过大量筛选后把镍、钴、铁镍作为基本金属，然后再用另一种或几种金属与基本金属按一定比例配好，放在熔炼炉中共熔。再用另一种或几种金属与基本金属按一定比例配好，放在熔炼炉中共熔。当固溶体凝固后就成了一种新的合金，不仅耐高温而且有很高的强度。当固溶体凝固后就成了一种新的合金，不仅耐高温而且有很高的强度。固溶强化的冶金技术以及和淬火技术相近
33、的时效热处理这两种不同的高固溶强化的冶金技术以及和淬火技术相近的时效热处理这两种不同的高温合金的强化办法可以分别采用，也可以同时使用。由此制成的高温合温合金的强化办法可以分别采用，也可以同时使用。由此制成的高温合金可在金可在10001000下长期工作。在采用定向凝固和单晶工艺加工复杂的涡轮下长期工作。在采用定向凝固和单晶工艺加工复杂的涡轮叶片零件时，其基体工作温度允许达到叶片零件时，其基体工作温度允许达到1100110011501150。目前，用于涡轮。目前，用于涡轮静子叶片和工作叶片的材料大都是这类材料。在采用空心气冷的条件下，静子叶片和工作叶片的材料大都是这类材料。在采用空心气冷的条件下，
34、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。 目前，正在研制的性能更好的耐高温材料主要有氧化物弥散强化高目前，正在研制的性能更好的耐高温材料主要有氧化物弥散强化高温合金、金属间化合物、金属基复合材料、陶瓷与陶瓷基复合材料、碳温合金、金属间化合物、金属基复合材料、陶瓷与陶瓷基复合材料、碳- -碳复合材料等。可见，耐高温材料在一定程度上代表了航空发动机的碳复合材料等。可见，耐高温材料在一定程度上代表了航空发动机的水平。涡轮前燃气温度或燃烧室出口温度同样代表了燃气涡轮发动机的水平。涡轮前燃气温度或燃烧室出口温度同样代表了燃气涡轮
35、发动机的技术水平。涡轮前燃气温度愈高，流过发动机的每千克空气产生的功愈技术水平。涡轮前燃气温度愈高，流过发动机的每千克空气产生的功愈多。因此，设计人员总是想方设法把涡轮前温度尽可能提高。在多。因此，设计人员总是想方设法把涡轮前温度尽可能提高。在2020世纪世纪6060年代初，当时的涡轮前温度水平为年代初，当时的涡轮前温度水平为900900950950。按照。按照“三高三高”要求，要求，1010年后达到年后达到1227122713771377。要知道涡轮转速高达每分钟。要知道涡轮转速高达每分钟1000010000多转，而多转，而且是在且是在10103030多个大气压下工作，离心力和气动力都非常巨
36、大。在燃气多个大气压下工作，离心力和气动力都非常巨大。在燃气温度提高的同时，还需要对涡轮进行降温。目前，涡轮工作叶片的冷却温度提高的同时，还需要对涡轮进行降温。目前，涡轮工作叶片的冷却技术不外乎有对流冷却、气膜冷却、发散冷却和复合冷却四种基本方法。技术不外乎有对流冷却、气膜冷却、发散冷却和复合冷却四种基本方法。为了有效降温，大多数发动机的涡轮叶片是空心的，冷空气从这里流出为了有效降温，大多数发动机的涡轮叶片是空心的，冷空气从这里流出以吸收热量。以气膜冷却为例，该方法是通过许多小孔或长槽让冷却气以吸收热量。以气膜冷却为例，该方法是通过许多小孔或长槽让冷却气流从叶片的内腔流到叶片的外表面。既吸收一
37、部分热量，又在叶片工作流从叶片的内腔流到叶片的外表面。既吸收一部分热量，又在叶片工作表面形成了一道冷气膜把高温燃气与叶片隔离开来，起到了双重防护作表面形成了一道冷气膜把高温燃气与叶片隔离开来，起到了双重防护作用。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。 高温涡轮及其叶片的设计与制造技术涉及气动、传热、冶金材料和高温涡轮及其叶片的设计与制造技术涉及气动、传热、冶金材料和制造工艺等多种学科和领域，集中了多项高新技术，代表了一个国家的制造工艺等多种学科和领域，集中了多项高新技术，代表了一个国家的科技水平。科技水平。 早期的涡轮工作叶片均采用锻造成形，
38、但留有较大加工余量的毛坯早期的涡轮工作叶片均采用锻造成形，但留有较大加工余量的毛坯还须经机械加工。还须经机械加工。2020世纪五六十年代，发展出无余量精密铸造的涡轮工世纪五六十年代，发展出无余量精密铸造的涡轮工作叶片毛坯。铸造叶片材料的组织为紧密结合的多晶粒，晶粒与晶粒之作叶片毛坯。铸造叶片材料的组织为紧密结合的多晶粒，晶粒与晶粒之间存在多个方向的晶界，会影响承受载荷的能力。后来发展了定向凝固间存在多个方向的晶界，会影响承受载荷的能力。后来发展了定向凝固的铸造方法，即铸造时让晶粒沿叶片方向生成。这种定向结晶的叶片承的铸造方法，即铸造时让晶粒沿叶片方向生成。这种定向结晶的叶片承受拉伸的能力比一般
39、精密铸造的叶片强，而且工作寿命也较长，但它仍受拉伸的能力比一般精密铸造的叶片强，而且工作寿命也较长，但它仍然存在着晶界。后来，又发展出使整个工作叶片成为一个晶体的铸造方然存在着晶界。后来，又发展出使整个工作叶片成为一个晶体的铸造方法，用此方法加工的工作叶片被称为单晶涡轮叶片。既是单晶，就不再法，用此方法加工的工作叶片被称为单晶涡轮叶片。既是单晶，就不再需要硼、铪、锆这些专为强化晶界而采用的熔点较低的元素。去掉这些需要硼、铪、锆这些专为强化晶界而采用的熔点较低的元素。去掉这些元素后，合金的融化温度提高约元素后，合金的融化温度提高约100100左右，热处理温度增加左右，热处理温度增加7575左右。
40、左右。单晶叶片自单晶叶片自2020世纪世纪8080年代初已在许多航空发动机上推广应用，目前已经年代初已在许多航空发动机上推广应用，目前已经有五代单晶高温合金相继问世。我国在单晶高温合金的研制方面，先后有五代单晶高温合金相继问世。我国在单晶高温合金的研制方面，先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。 早期型号的早期型号的“太行太行”发动机的涡轮叶片虽然是定向结晶的发动机的涡轮叶片虽然是定向结晶的DZ125DZ125高温合金先进材料，但采用了我国独创的低偏析技术，其综高温合金先进材料，但采用了我国独创的低偏析技术，其综合性能可以和第一代的单晶
41、高温合金媲美。批量生产的该型发动合性能可以和第一代的单晶高温合金媲美。批量生产的该型发动机估计会采用机估计会采用DD6DD6镍基单晶涡轮叶片。在冷却方面，镍基单晶涡轮叶片。在冷却方面，“太行太行”发动发动机采用了对流、前缘撞击加气膜的多孔回流复合冷却技术，使涡机采用了对流、前缘撞击加气膜的多孔回流复合冷却技术，使涡轮叶片的冷却效果提高了轮叶片的冷却效果提高了2 2倍。由于运用了高推预研的先进成果，倍。由于运用了高推预研的先进成果，“太行太行”发动机的总压比与美国第三代战斗机使用的发动机的总压比与美国第三代战斗机使用的F110F110涡扇发涡扇发动机相似，达到动机相似，达到3030以上，涡轮前温
42、度为以上，涡轮前温度为14741474，推重比，推重比7.57.5，加力，加力推力推力129.41129.41千牛。相比之下，俄罗斯千牛。相比之下，俄罗斯AL-31FAL-31F涡轮前温度为涡轮前温度为13921392，推重比推重比7.147.14，加力推力，加力推力122.58122.58千牛；美国千牛；美国F110-GE-129F110-GE-129的涡轮前温的涡轮前温度为度为14551455，推重比为，推重比为7.367.36，加力推力为，加力推力为129129千牛。总体比较，千牛。总体比较，“太行太行”发动机的性能高于发动机的性能高于AL-31FAL-31F，与，与F110-GE-12
43、9F110-GE-129相当。中航工相当。中航工业在研制业在研制“太行太行”发动机时还采用了超塑成形发动机时还采用了超塑成形/ /扩散连接风扇导流扩散连接风扇导流叶片，钛合金宽弦风扇空心叶片，电子束焊整体涡轮叶盘，钛合叶片，钛合金宽弦风扇空心叶片，电子束焊整体涡轮叶盘，钛合金精铸中介机匣，短环燃烧室，挤压油膜轴承，刷式密封，收敛金精铸中介机匣，短环燃烧室，挤压油膜轴承，刷式密封，收敛扩散喷管，高压机匣处理以及整机单元体设计等先进技术。其制扩散喷管，高压机匣处理以及整机单元体设计等先进技术。其制造工艺与造工艺与F100F100、AL-31FAL-31F相似，十分先进。相似，十分先进。 现今西方国
44、家使用的耐高温材料为镍基耐高温合金，现今西方国家使用的耐高温材料为镍基耐高温合金，而中国研制出的新型高温高性能高铌钛铝合金，耐高温而中国研制出的新型高温高性能高铌钛铝合金，耐高温密度超过镍基高温合金的一半。这一技术将使中国航空密度超过镍基高温合金的一半。这一技术将使中国航空航天发动机材料居世界领先水平，据介绍，高铌钛铝合航天发动机材料居世界领先水平，据介绍，高铌钛铝合金的应用，开辟了航空、航天、汽车等重要领域的新发金的应用，开辟了航空、航天、汽车等重要领域的新发展，使现有设备得到突破性发展。更为关键的是，由于展，使现有设备得到突破性发展。更为关键的是，由于高铌钛铝合金的密度大约是镍基合金的一半
45、，使用它制高铌钛铝合金的密度大约是镍基合金的一半，使用它制造发动机高温部件，可以大大减轻发动机的重量，从而造发动机高温部件，可以大大减轻发动机的重量，从而极大提高了发动机的推重比。极大提高了发动机的推重比。 从首飞发动机声音判断，绝对是新型的大涵道比发动机，它的从首飞发动机声音判断，绝对是新型的大涵道比发动机，它的涵道比超过歼涵道比超过歼-10-10、SU-27SU-27和和F-22F-22三种战机。流传的视频显示了三种战机。流传的视频显示了“歼歼2020”的起飞过程，从中看到，起飞时并没有看到发动机尾部的喷的起飞过程，从中看到，起飞时并没有看到发动机尾部的喷火，这足以显示中国火，这足以显示中
46、国“歼歼2020”的发动机喷口红外隐身技术已达到的发动机喷口红外隐身技术已达到了世界一流。据资料显示，了世界一流。据资料显示，F-22F-22同样使用了先进的红外隐身技术，同样使用了先进的红外隐身技术，通过喷流冷却矩形喷口，垂尾、平尾、尾撑向后延伸，可遮蔽发动通过喷流冷却矩形喷口，垂尾、平尾、尾撑向后延伸，可遮蔽发动机喷口的红外线辐射。在炽热喷流飞出尾喷口前就得到了降温，因机喷口的红外线辐射。在炽热喷流飞出尾喷口前就得到了降温，因而红外特征显着降低。而歼而红外特征显着降低。而歼-20-20的发动机喷口竟然如此完美，很多的发动机喷口竟然如此完美，很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。
