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钛铝合金取得跨越性突破

发布时间:2019-03-27 19:30:30

日前,南京理工大学陈光教授团队在国家973计划等资助下,经长期研究,在新型航空航天材料钛铝合金方面取得跨越性突破。其室温拉伸塑性、屈服强度、高温抗蠕变性能、承温能力等关键性能指标处于国际,超过美国同类材料1~2个数量级2016美国奥兰多国际航空航天展览会。

2007年,波音787飞机试飞成功。这种新型飞机可节油20%,氮化物(NOx)排放量减少80%,噪音显著降低,从而引发全球关注。这种飞机发动机由美国通用电气(GE)公司研制,采用Ti-48Al-2Cr-2Nb(以下简称4822)合金替代镍基高温合金,制造出两级低压涡轮叶片。这是钛铝合金首次应用在航空发动机上。

GE公司采用的4822合金也称不上完美,它的室温拉伸塑性不到2%,虽然足以傲视其他金属间化合物,但它跟镍基合金比起来还是显得太脆了。因此,GE公司把它用在了环境温度、危险系数的末端两级叶片上,这样即使发生折断也不会导致整架飞机失控。美国人这么做是看重钛铝合金的密度仅为镍基合金的一半。在以克为减重单位的飞机发动机上,GE公司使单台发动机减重约200磅,成为当时航空与材料领域轰动性的进展。因此,钛铝合金成为目前公认的替代镍基高温合金的新型轻质结构材料。

陈光教授团队的研究成果在材料性能上实现了三大突破:一是室温拉伸塑性和屈服强度极大提升,分别高达6.9%和708MPa,抗拉强度高达978MPa,实现了高强高塑的优异结合。二是抗蠕变性能优异。三是承温能力大大提高2016法国巴黎国际航天航空展览会。

中国新型钛铝合金实现性能三大突破

航空发动机被誉为飞机的心脏,其中,涡轮叶片是航空发动机中关键的核心部件,

钛铝合金取得跨越性突破

其承温能力直接决定着发动机的性能,尤其是推重比。传统镍基合金虽然各方面性能都不错,但是它的缺点是太重,直接导致发动机的能效比得不到提高。

有关专家表示,PST钛铝合金使用温度达900℃以上,已经可以与镍基合金同台竞技,它不仅可用于叶片,还有望用在涡轮盘、高压压缩涡轮等部件上。一种新型材料从实验室到装上飞机,还有漫长的道路要走。据估计,PST钛铝合金实现应用还有5~10年。

(:中冶有色技术)

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