曹春晓:让中国发动机首次用上钛合金

2012年11月23日 9:53 7069次浏览 来源:   分类: 钛资讯

  TD2——瞄准国际
  钛合金虽已在航空领域得到了广泛应用,但是最高使用温度还只限于600℃。曹春晓获悉国外正在研制一种使用温度可达650~700℃的金属间化合物,立即向国家提出Ti3Al的立项申请报告并成功获批。
  在制备铸锭时,曹春晓创立了CS新型熔炼工艺,提高了成分均匀性和锻件的室温拉伸塑性。在获得了优质的TD2合金铸锭后,为解决锻造和热处理方面的难题,曹春晓提出了逐渐降温热变形工艺与高低温交替热变形工艺相结合的可避免铸锭锻裂和优化金相组织的锻造技术以及可优化性能匹配的α+β区三重热处理技术,从而很快研制出了性能优良的TD2合金棒材,并与安大合作,轧出了性能良好的外径尺寸达656毫米的环形构件。
  课题组选择涡喷13发动机涡轮导风板和二级涡轮结合环这两个典型零件作为应用研究的对象,采用TD2合金取代GH4033镍基高温合金并获得成功,使用了TD2合金构件的涡喷13AⅡ的发动机成功地进行了地面台架试车。这是我国金属间化合物结构材料进行试车的首例,也是国际上Ti3Al基合金转子零件进入航空发动机试车阶段的首例。

  钛铝(TiAl)合金——奔向未来
  钛铝合金比重略小于普通钛合金和Ti3Al合金,而其使用温度可以高达760~850℃,远高于普通钛合金的600℃和Ti3Al合金的700℃。 GE已经将钛铝合金应用于最新的GENx发动机上。每使用一级钛铝合金涡轮叶片,发动机就能够减轻45.5千克。波音787上装配了两台GENx发动机,每台使用了两级钛铝(TiAl)合金涡轮叶片,仅发动机本身,钛铝合金就减轻了182千克;波音747-8则装配了4台GENx发动机,但每台只用了一级钛铝(TiAl)合金涡轮叶片,减轻的重量也为182千克左右。
  钛铝合金之所以现在才刚刚开始服务于大型客机,很大一部分原因在于钛铝的延展性和韧性较差,脆性大,加工和设计使用方面要解决很多技术问题。曹春晓认为,一旦这些难关得到攻克,乐观看来,5年左右钛铝合金即可以进入试用阶段,航空发动机低压涡轮、高压压气机等温度超过600℃的运行环境都是钛铝的用武之地。轻盈的钛铝合金在转动件方面的应用前景将非常广泛,在850℃以下的运行环境中,传统的、比重较大的镍基合金都可能被钛铝合金所替代。
  从TC4到钛铝(TiAl)合金,航空钛合金的发展经历了一个从无到有、从模仿到创新的辉煌历程。随着我国航空事业的发展,航空钛合金也必将发挥越来越大的作用。

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