A fabricação de aviação é o campo mais concentrado de alta tecnologia e pertence à tecnologia de fabricação avançada. Por exemplo, o motor F119 desenvolvido pela Pratt & Whitney dos Estados Unidos, o motor F120 da General Electric Company, o motor M88-2 da SNECMA Company da França e o motor EJ200 desenvolvido em conjunto pelo Reino Unido, Alemanha , Itália e Espanha. Vale ressaltar que esses motores aeronáuticos que representam o nível mais avançado do mundo têm como característica comum o uso de novos materiais, novos processos e novas tecnologias. Os sete novos materiais utilizados são introduzidos respectivamente da seguinte forma:
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Carbono/Composto de Carbono
O que são compostos de carbono/carbono? É um material compósito de matriz de carbono reforçado por fibra de carbono e seu tecido, com baixa densidade (<2.0g/cm3), high strength, high specific modulus, high thermal conductivity, low expansion coefficient, good friction performance, and good thermal shock resistance , high dimensional stability, etc., especially the few candidate materials used above 1650 °C, the highest theoretical temperature is as high as 2600 °C, so it is considered to be one of the most promising high-temperature materials in the world.
Embora os compósitos de carbono/carbono tenham excelentes propriedades de alta temperatura, eles sofrem reações de oxidação em um ambiente aeróbico com uma temperatura superior a 400 graus, resultando em um declínio acentuado nas propriedades do material. Portanto, a aplicação de compósitos de carbono/carbono em ambientes aeróbicos de alta temperatura deve ter medidas de proteção contra oxidação. A proteção contra oxidação de compostos de carbono/carbono é principalmente através das duas formas a seguir, ou seja, a modificação da matriz e a passivação de pontos ativos de superfície podem ser usadas para proteger compostos de carbono/carbono em temperaturas mais baixas; à medida que a temperatura aumenta, o método de revestimento deve ser usado para isolar o material composto de carbono/carbono do contato direto com o oxigênio, de modo a atingir o objetivo de proteção contra oxidação. Atualmente, o método de revestimento é o método mais utilizado. Com o avanço contínuo da ciência e da tecnologia, há cada vez mais confiança no desempenho de temperatura ultra-alta de materiais compostos de carbono/carbono, e a única solução viável de proteção contra oxidação sob condições de temperatura ultra-alta só pode ser a proteção de revestimento. .
Vale ressaltar que os materiais compósitos à base de C/C são um novo material com maior resistência à temperatura que tem recebido mais atenção no mundo nos últimos anos. Porque apenas os materiais compósitos C/C são considerados os únicos materiais sucessores para as pás do rotor da turbina com uma relação empuxo-peso superior a 20 e uma temperatura de entrada do motor de 1930-2227 graus. O maior objetivo estratégico perseguido pelos países industrializados avançados.
O chamado material composto à base de C/C é um material composto básico de carbono reforçado com fibra de carbono, que combina as propriedades refratárias do carbono com a alta resistência e alta rigidez da fibra de carbono, tornando-o não frágil. Como os materiais compostos à base de C/C têm peso leve, alta resistência, estabilidade térmica superior e excelente condutividade térmica, eles são os materiais resistentes a altas temperaturas mais ideais atualmente, especialmente em ambientes de alta temperatura de 1000-1300 graus C ... Não só a força não diminuiu, como foi capaz de aumentar. Especialmente quando está abaixo de 1650 graus, ainda mantém a força e a graça à temperatura ambiente. Portanto, os compósitos à base de C/C têm grande potencial de desenvolvimento na fabricação aeroespacial.
Vale ressaltar que um dos principais problemas dos materiais compósitos à base de C/C na aplicação de motores aeronáuticos é a baixa resistência à oxidação. Portanto, nos últimos anos, os Estados Unidos adotaram uma série de medidas tecnológicas para resolver esse problema e gradualmente aplicadas ao novo motor. Por exemplo, o bocal traseiro do pós-combustor no motor americano F119, o bocal e o bocal da câmara de combustão do motor F100 e algumas partes da câmara de combustão da máquina de verificação F120 foram feitos de materiais compostos à base de C/C. Outro exemplo é o motor francês M88-2, e a haste de injeção de combustível do pós-combustor, escudo térmico e bocal do motor Mirage 2000 também usam materiais compostos baseados em C/C.
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Novo material de aço de ultra-alta resistência
O que é aço de ultra alta resistência? Em meados-1940, os Estados Unidos desenvolveram o aço Cr-Mo (AISI4130) e o aço Cr-Ni-Mo (AISI 4340). Após têmpera e revenido a baixa temperatura, as resistências à tração foram de 170 e 190kgf/mm2, respectivamente. No início dos anos 1950, Si e V foram adicionados ao aço AISI 4340 para fazer 300M com uma resistência à tração de 190~210kgf/mm2. Em 1960, a International Nickel Company produziu aço maraging com resistência à tração de cerca de 180kgf/mm2, tenacidade à fratura de até 390kgf/mm. Na década de 1970, os Estados Unidos reduziram o C e aumentaram o Si na base de 300M, melhoraram a tenacidade e desenvolveram o aço HP310; com base no aço maraging, evoluiu para o aço AF1410, com resistência à tração de 170kgf/mm2 e tenacidade à fratura de 400kgf/mm2 mm.
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Vale a pena notar que o aço de ultra-alta resistência deve ter alta resistência à tração e manter tenacidade suficiente. Também requer uma grande resistência específica (relação entre resistência e densidade) e uma alta relação de rendimento (σs/σb) para reduzir o peso do componente e deve ter boa soldabilidade e conformabilidade e outras propriedades do processo. O aço de ultra-alta resistência tem requisitos muito altos de qualidade metalúrgica e geralmente é fundido por forno elétrico a arco e refusão por eletroescória. Os tipos de aço que requerem alta pureza são principalmente fundidos em fornos de indução a vácuo ou fornos de arco elétrico consumíveis a vácuo. Aços de ultra-alta resistência de média e baixa liga devem ser impedidos de descarbonetar durante o tratamento térmico; aços maraging e aços inoxidáveis de endurecimento por precipitação podem ser tratados por solução sólida em fornos de aquecimento comuns. A soldagem com gás de proteção ou soldagem com arco de argônio e tungstênio deve ser usada para soldagem. Alguns aços de baixa liga de ultra-alta resistência com alto teor de carbono (cerca de 0,4 por cento) devem ser recozidos com alívio de tensão imediatamente após a soldagem.
Vale ressaltar que o aço de ultra-alta resistência é utilizado como material para trens de pouso de aeronaves. Por exemplo, o trem de pouso usado na aeronave de segunda geração é feito de aço 30CrMnSiNi2A com resistência à tração de 1700MPa. Este tipo de trem de pouso tem uma vida útil curta de cerca de 2.000 horas de voo.
Outro exemplo é que o projeto do caça a jato de terceira geração exige que a vida útil do trem de pouso exceda 5,000 horas de voo. Ao mesmo tempo, devido ao aumento do equipamento aerotransportado, o coeficiente de peso da estrutura da aeronave diminui e requisitos mais altos são colocados na seleção de materiais de trem de pouso e tecnologia de fabricação. Tanto os caças americanos quanto nossos de terceira geração usam tecnologia de fabricação de trem de pouso de aço 300M (resistência à tração de 1950MPa).
De fato, a melhoria da tecnologia de aplicação de materiais está promovendo a extensão da vida útil do trem de pouso e a expansão da adaptabilidade. Por exemplo, o trem de pouso da aeronave europeia Airbus A380 adota tecnologia de forjamento integral super grande, nova tecnologia de tratamento térmico de proteção atmosférica e tecnologia de pulverização de chama de alta velocidade, para que a vida útil do trem de pouso possa atender aos requisitos de projeto. Portanto, a introdução de novos materiais e técnicas de fabricação garantiu a substituição das aeronaves.
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Como todos sabemos, o design de longa vida de aeronaves em um ambiente resistente à corrosão apresenta requisitos mais elevados de materiais. Por exemplo, o aço AerMet100 tem o mesmo nível de resistência que o aço 300M, mas sua resistência geral à corrosão e resistência à corrosão sob tensão são significativamente melhores do que o aço 300M. A tecnologia de fabricação de trem de pouso correspondente foi aplicada a aeronaves avançadas, como F/A-18E/F, F-22 e F-35. O aço Aermet310 de maior resistência tem menor tenacidade à fratura e está sendo continuamente desenvolvido e aprimorado. A taxa de crescimento de trincas do aço de ultra-alta resistência tolerante a danos AF1410 é extremamente lenta, o que pode ser usado como a junta do atuador da asa da aeronave B-1, que é 10,6% mais leve que o Ti -6Al-4V, com um aumento de 60% no desempenho do processamento e uma redução de 30,3% no custo . Por exemplo, a quantidade de aço inoxidável de alta resistência usada no Smig-1.42 da Rússia chega a 30 por cento . PH13-8Mo é o único aço inoxidável martensítico endurecido por precipitação de alta resistência amplamente utilizado como componentes resistentes à corrosão. Aços de engrenagens (rolamentos) de ultra-alta resistência também foram desenvolvidos internacionalmente, como CSS-42L, Gearmet C69 etc., e têm sido usados em motores, helicópteros e aeroespacial.
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Material de liga de alta temperatura
O que são materiais de superliga? As ligas de alta temperatura são divididas em três tipos de materiais: materiais de alta temperatura de 760 graus, materiais de alta temperatura de 1200 graus e materiais de alta temperatura de 1500 graus, com resistência à tração de 800MPa. Em outras palavras, refere-se a materiais metálicos de alta temperatura que funcionam por muito tempo sob 760-1500 graus e certas condições de estresse. Suas características importantes: tem excelente resistência a altas temperaturas, boa resistência à oxidação e resistência à corrosão térmica, bom desempenho à fadiga, tenacidade à fratura e outras propriedades abrangentes, e tornou-se um material essencial insubstituível para as partes quentes de motores de turbina a gás para uso militar e civil usar em todo o mundo.
Materiais de alta temperatura de 760 graus Desde o final dos anos 1930, a Grã-Bretanha, Alemanha, Estados Unidos e outros países começaram a estudar superligas. Durante a Segunda Guerra Mundial, a fim de atender às necessidades de novos motores aeronáuticos, a pesquisa e o uso de superligas entraram em um período de rápido desenvolvimento. No início da década de 1940, o Reino Unido adicionou pela primeira vez uma pequena quantidade de alumínio e titânio à liga 80Ni-20Cr para formar uma fase ' (gamma prime) para reforço e desenvolveu a primeira liga à base de níquel com alta -força de temperatura. Nesse período, a fim de atender às necessidades de desenvolvimento de turbocompressores para aeromotores a pistão, os Estados Unidos começaram a usar ligas à base de cobalto Vitallium para fabricar pás.
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Vale ressaltar que os Estados Unidos também desenvolveram ligas à base de níquel Inconel para fabricar câmaras de combustão para motores a jato. Mais tarde, a fim de melhorar ainda mais a resistência a altas temperaturas da liga, os metalúrgicos adicionaram elementos como tungstênio, molibdênio e cobalto à liga à base de níquel para aumentar o teor de alumínio e titânio e desenvolveram uma série de ligas, como como "Nimonic" no Reino Unido e "Nimonic" nos Estados Unidos. "Mar-M" e "IN", etc.; adicionando níquel, tungstênio e outros elementos às ligas à base de cobalto para desenvolver uma variedade de ligas de alta temperatura, como X-45, HA-188, FSX-414, etc. Devido a a falta de recursos de cobalto, o desenvolvimento de superligas à base de cobalto é limitado.
Na década de 1940, também foram desenvolvidas superligas à base de ferro. Na década de 1950, surgiram graus como A-286 e Incoloy901, mas devido à baixa estabilidade em altas temperaturas, o desenvolvimento foi lento. A antiga União Soviética começou a produzir superligas à base de níquel da marca "ЭИ" em 1950 e, posteriormente, produziu a série "ЭП" de superligas deformadas e a série ЖС de superligas fundidas. Na década de 1970, os Estados Unidos também adotaram um novo processo de produção para fabricar lâminas de cristalização direcional e discos de turbina de metalurgia do pó e desenvolveram componentes de liga de alta temperatura, como lâminas de cristal único, para atender às necessidades do aumento contínuo da temperatura de entrada de aerossóis. - turbinas do motor.
As superligas são desenvolvidas para atender aos requisitos muito exigentes dos motores a jato em materiais e se tornaram um material-chave insubstituível para componentes quentes de motores de turbinas a gás militares e civis. Em motores aeronáuticos avançados, a proporção de ligas de alta temperatura atingiu mais de 50 por cento.
O desenvolvimento de ligas de alta temperatura está intimamente relacionado ao progresso tecnológico dos motores aeronáuticos, especialmente o disco da turbina, o material da pá da turbina e o processo de fabricação das partes quentes do motor são símbolos importantes do desenvolvimento do motor. Devido aos altos requisitos de resistência a altas temperaturas e capacidade de carga do material, a liga Nimonic80 reforçada com Ni3 (Al, Ti) foi desenvolvida nos primeiros dias no Reino Unido, que foi usada como material para a pá da turbina da motor turbojato. Além disso, a liga da série Nimonic foi continuamente desenvolvida. Os Estados Unidos desenvolveram ligas à base de níquel reforçadas por dispersão contendo alumínio e titânio, como as séries de ligas Inconel, Mar-M e Udmit desenvolvidas pelas famosas Pratt & Whitney Company, GE Company e Special Metals Company, respectivamente.
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No processo de desenvolvimento de superligas, o processo de fabricação desempenha um grande papel na promoção do desenvolvimento de ligas. Devido ao surgimento da tecnologia de fusão a vácuo, a remoção de impurezas e gases nocivos nas ligas, especialmente o controle preciso da composição da liga, melhorou continuamente o desempenho das superligas. Em particular, a pesquisa bem-sucedida de novas tecnologias, como solidificação direcional, crescimento de cristal único, metalurgia do pó, liga mecânica, núcleo cerâmico, filtração cerâmica e forjamento isotérmico promoveu o rápido desenvolvimento de superligas. Dentre elas, a tecnologia de solidificação direcional é a mais destacada. A liga direcional e monocristalina produzida pelo processo de solidificação direcional tem uma temperatura de serviço próxima a 90% do ponto de fusão inicial. Portanto, pás avançadas de motores aeronáuticos em todo o mundo usam ligas de cristal único direcionais para fabricar pás de turbina. De uma perspectiva global, as superligas fundidas à base de níquel formaram cristais equiaxiais, cristais colunares solidificados direcionalmente e sistemas de liga monocristalina. As superligas em pó também foram desenvolvidas a partir da primeira geração de discos de turbina de pó de 650 a 750 graus, 850 graus e discos de pó de duplo desempenho para os motores avançados de alto desempenho.
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compósitos de matriz cerâmica
O que são Compósitos de Matriz Cerâmica? É um tipo de material compósito que utiliza a cerâmica como matriz e diversas fibras. A matriz cerâmica pode ser cerâmica estrutural de alta temperatura, como nitreto de silício e carboneto de silício. Essas cerâmicas avançadas têm excelentes propriedades, como resistência a altas temperaturas, alta resistência e rigidez, peso relativamente leve e resistência à corrosão. A fraqueza fatal é que eles são quebradiços. Quando estão sob tensão, eles racham ou até quebram, causando falha do material. O uso de fibra de alta resistência e alta elasticidade e compósito de matriz é um método eficaz para melhorar a tenacidade e a confiabilidade da cerâmica. As fibras podem impedir a expansão de trincas, obtendo assim compósitos de matriz cerâmica reforçados com fibras com excelente tenacidade.
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Os compósitos de matriz cerâmica têm sido usados como bicos de motores de foguetes líquidos, radomes de mísseis, cones de nariz de ônibus espaciais, discos de freio de aeronaves e discos de freio de automóveis de alta qualidade, etc., tornando-se um importante ramo de novos materiais de alta tecnologia.
Como os materiais cerâmicos têm excelente resistência ao desgaste, alta dureza e boa resistência à corrosão, eles têm sido amplamente utilizados. No entanto, a maior desvantagem da cerâmica é que ela é frágil e sensível a rachaduras e poros. Desde a década de 1980, os compósitos de matriz cerâmica obtidos pela adição de partículas, filamentos e fibras aos materiais cerâmicos melhoraram muito a tenacidade da cerâmica.
Os compósitos de matriz cerâmica têm alta resistência, alto módulo, baixa densidade, resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste e resistência à corrosão e boa tenacidade, e têm sido usados em ferramentas de corte de alta velocidade e componentes de motores de combustão interna. No entanto, o desenvolvimento desse tipo de material é relativamente tardio e seu potencial ainda não foi desenvolvido. O foco da pesquisa é aplicá-lo a materiais de alta temperatura e materiais resistentes ao desgaste e à corrosão, como turbinas aprimoradas para motores de combustão interna de alta potência, componentes térmicos para veículos aeroespaciais e motores de veículos em vez de metais, contêineres petroquímicos , equipamento de incineração de resíduos, etc.
Quando se trata de cerâmica, as pessoas naturalmente pensam em sua fragilidade. Mais de dez anos atrás, se fosse usado como peça de suporte de carga no campo da engenharia, era impossível para qualquer um aceitá-lo. Até agora, quando se trata de materiais compósitos cerâmicos, algumas pessoas podem não ser claras, pensando que a cerâmica e os metais são originalmente dois materiais irrelevantes. No entanto, desde que as pessoas combinaram cerâmica e metais de maneira inteligente, o conceito das pessoas sobre esse material sofreu uma mudança fundamental, que são os compósitos de matriz cerâmica.
O material compósito de matriz cerâmica é um novo material estrutural muito promissor no campo da indústria da aviação, especialmente na aplicação da fabricação de motores aeronáuticos, mostrando cada vez mais sua singularidade. Além das vantagens de peso leve e alta dureza, os compósitos de matriz cerâmica também apresentam excelente resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão em altas temperaturas. Atualmente, os compósitos de matriz cerâmica ultrapassaram os materiais metálicos resistentes ao calor em termos de resistência a altas temperaturas e possuem boas propriedades mecânicas e estabilidade química. São materiais ideais e excelentes para áreas de alta temperatura de motores de turbina de alto desempenho.
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Países ao redor do mundo estão se concentrando em pesquisas sobre cerâmicas reforçadas com nitreto de silício e carboneto de silício para atender aos requisitos de material da próxima geração de motores avançados
materiais e fez grandes progressos, especialmente em motores aeronáuticos modernos. Por exemplo, o motor F120 da máquina de verificação americana, seu dispositivo de vedação de turbina de alta pressão e algumas partes de alta temperatura da câmara de combustão são todos feitos de materiais cerâmicos. Para outro exemplo, a câmara de combustão e o bocal do motor francês M88-2 também usam compósitos de matriz cerâmica.
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Novos materiais de compostos intermetálicos
O que são compostos intermetálicos? Compostos de metais e metais ou metais e metalóides (como H, B, N, S, P, C, Si, etc.). Os átomos dos dois metais são combinados em uma certa proporção para formar uma composição de liga que é diferente das duas redes cristalinas originais. Compostos intermetálicos são novos tipos de materiais que têm recebido grande atenção.
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De fato, o desenvolvimento de motores aeronáuticos de alto desempenho e alta relação empuxo/peso promoveu o desenvolvimento e a aplicação de compostos intermetálicos. Compostos intermetálicos são geralmente compostos compostos por elementos metálicos binários, ternários ou multielementares. Compostos intermetálicos têm grande potencial em aplicações estruturais de alta temperatura. Possui alta temperatura de serviço, resistência específica, condutividade térmica e, especialmente em altas temperaturas, também possui boa resistência à oxidação, resistência à corrosão e alta resistência à fluência. . Além disso, como o composto intermetálico é um novo material entre a superliga e o material cerâmico, ele preenche a lacuna entre os dois materiais, tornando-se um dos materiais ideais para componentes de alta temperatura de motores aeronáuticos.
Na estrutura global de motores aeronáuticos, a pesquisa e o desenvolvimento concentram-se principalmente em compostos intermetálicos, como titânio-alumínio e níquel-alumínio. Esses compostos de titânio e alumínio têm basicamente a mesma densidade do titânio, mas têm uma temperatura de serviço mais alta. Por exemplo, as temperaturas operacionais do TiAl são 816 graus e 982 graus, respectivamente. O composto intermetálico possui uma forte ligação entre os átomos e uma estrutura cristalina complexa, o que dificulta sua deformação, além de ser duro e quebradiço à temperatura ambiente. Após anos de pesquisa experimental, um novo tipo de liga com resistência a altas temperaturas, plasticidade e tenacidade à temperatura ambiente foi desenvolvido com sucesso, instalado e usado, e o efeito é muito bom. Por exemplo, o motor F119 de alto desempenho nos Estados Unidos usa compostos intermetálicos na carcaça e nos discos da turbina, e as pás e discos do compressor do motor F120 da máquina de verificação usam novos compostos intermetálicos de titânio-alumínio.
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compósitos de matriz de resina
O que são compósitos com matriz de resina? É um material reforçado com fibra baseado em um polímero orgânico, geralmente usando reforços de fibra como fibra de vidro, fibra de carbono, fibra de basalto ou fibra de aramida. Os materiais compósitos à base de resina são amplamente utilizados nas indústrias aeronáutica, automobilística e marítima.
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A matriz de resina de materiais compostos é principalmente resina termoendurecível. Já na década de 1940, plásticos reforçados com fibra de vidro eram usados como radomes em caças e bombardeiros. Na década de 1960, os Estados Unidos usaram resina epóxi reforçada com fibra de boro como lemes, estabilizadores horizontais, bordos de fuga das asas, portas do leme, etc. em aeronaves militares como F-4 e F-111. Em termos de fabricação de mísseis, no final da década de 1950, o invólucro do motor de foguete sólido de segundo estágio do míssil submarino de médio alcance dos EUA "Polaris A-2" usava peças de enrolamento de resina epóxi reforçada com fibra de vidro, que são melhores do que as carcaças de aço. 27% mais leve; mais tarde, fibra de vidro de alto desempenho foi usada em vez de fibra de vidro comum para fazer "Polaris A-3", o que tornou o peso da carcaça 50% mais leve que o da carcaça de aço, de modo que a faixa de "Polaris A{{ 12}}" o míssil foi alterado de 2700 mil metros aumentado para 4500 km. Na década de 1970, a fibra de aramida foi usada em vez da fibra de vidro para reforçar a resina epóxi, e a resistência melhorou bastante, enquanto o peso foi reduzido. Compósitos de resina epóxi reforçados com fibra de carbono são amplamente utilizados em aeronaves, mísseis, satélites e outras estruturas.
A pesquisa sobre a aplicação de materiais compósitos à base de resina em motores turbofan de aviação começou na década de 1950. Após mais de 60 anos de desenvolvimento, GE, PW, RR, MTU, SNECMA e outras empresas investiram muita energia na pesquisa e desenvolvimento de materiais compósitos à base de resina e alcançaram grandes progressos e sua engenharia foi aplicado a motores turbofan de aviação ativos, e há uma tendência de expandir ainda mais sua aplicação.
A temperatura de serviço de compósitos de matriz de resina geralmente não excede 350 graus. Portanto, compósitos com matriz de resina são usados principalmente na extremidade fria de motores aeronáuticos.
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compósitos de matriz metálica
O que são compósitos de matriz metálica? É um material compósito que é combinado artificialmente com metal e sua liga como matriz e um ou vários reforços metálicos ou não metálicos. A maioria de seus materiais de reforço são não metais inorgânicos, como cerâmica, carbono, grafite e boro, etc., podendo também ser utilizados fios metálicos. Juntamente com compósitos de matriz polimérica, compósitos de matriz cerâmica e compósitos de carbono/carbono, forma um sistema composto moderno.
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As características dos materiais compósitos de matriz metálica: em termos de mecânica, eles têm alta resistência transversal e ao cisalhamento, boas propriedades mecânicas abrangentes, como tenacidade e fadiga, além de condutividade térmica, condutividade elétrica, resistência ao desgaste, pequeno coeficiente de expansão térmica, bom amortecimento , sem absorção de umidade e sem resistência à corrosão. Vantagens como envelhecimento e ausência de poluição. Por exemplo, a resistência específica de materiais compostos de alumínio reforçados com fibra de carbono é de 3~4×107mm, e o módulo específico é de 6~8×109mm. Por exemplo, o módulo específico do magnésio reforçado com fibra de grafite pode atingir 1,5 × 1010 mm e seu coeficiente de expansão térmica é quase zero.
Vale a pena mencionar que, em comparação com os materiais compostos à base de resina, os materiais compostos à base de metal têm boa tenacidade, não absorvem umidade e podem suportar temperaturas relativamente altas. As fibras de reforço de compósitos de matriz metálica incluem fibras metálicas, tais como aço inoxidável, tungstênio, chumbo, compostos intermetálicos de níquel-alumínio, etc.; fibras cerâmicas, como alumina, óxido de silício, carbono, boro, carboneto de silício, etc.
Os materiais de matriz de compósitos de matriz metálica incluem alumínio, liga de alumínio, magnésio, ligas Chin e Chin, ligas resistentes ao calor, ligas de diamante, etc. Entre eles, materiais compósitos à base de ligas de alumínio, ligas de alumínio e ligas de ferro são atualmente as principais escolhas . Por exemplo, compósitos de matriz de liga Chin reforçados com fibra de SiC podem ser usados para fazer pás de compressor. Compósitos de matriz de magnésio ou liga de magnésio reforçados com fibra de carbono ou alumina podem ser usados para fabricar pás de turbofan. Outro exemplo é que os compósitos de matriz de liga à base de níquel reforçado com fibra de níquel-cromo-alumínio podem ser usados para fabricar elementos de vedação para turbinas e compressores.
Além disso, carcaças de ventiladores, rotores, discos de compressores e outras peças são todas feitas de compósitos de matriz metálica no exterior. Mas um dos maiores problemas desse tipo de material compósito é que é fácil reagir entre a fibra de reforço e o metal da matriz para produzir uma fase frágil, que deteriora o desempenho do material. Especialmente quando é usado por muito tempo em uma temperatura mais alta, a reação da interface é mais proeminente. A solução atual é adicionar revestimentos apropriados na superfície da fibra e ligar o metal da matriz de acordo com diferentes fibras e diferentes substratos, de modo a retardar a reação da interface e manter a confiabilidade do desempenho do material compósito.
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Materiais usados nas pás do ventilador do motor
A pá do ventilador do motor é a parte mais representativa e muito importante do motor turbofan, e o desempenho do motor turbofan está intimamente relacionado ao seu desenvolvimento. Em comparação com as pás do ventilador de liga de titânio, as pás do ventilador de material composto de matriz de resina têm uma vantagem muito óbvia na redução de peso. Além das vantagens óbvias de redução de peso, as pás do ventilador compostas à base de resina têm menos impacto na caixa do ventilador após o impacto, por isso é benéfico melhorar a contenção da caixa do ventilador.
Os principais representantes de pás de ventilador compostas para aplicação comercial em países estrangeiros são: motores da série GE90 para B777, motores GEnx para B787 e motores LEAP-X para COMAC C919. Já em 1995, o motor GE90-94B equipado com pás de ventilador de material composto à base de resina foi oficialmente colocado em operação comercial, marcando a realização oficial da aplicação de engenharia de materiais compostos à base de resina em motores aeronáuticos modernos de alto desempenho . Com base na consideração abrangente de aerodinâmica, ciclos de fadiga de alto e baixo ciclo e outros fatores, a GE desenvolveu uma nova pá de ventilador composta para o motor GE{10}}B subsequente.
No século 21, a forte demanda de motores aeronáuticos por materiais compósitos de alta tolerância a danos impulsiona o desenvolvimento da tecnologia de materiais compósitos, e é difícil atender aos requisitos de materiais de alta tolerância a danos melhorando continuamente a tenacidade da fibra de carbono /pré-impregnados de resina epóxi. Como resultado, começaram a aparecer pás de ventilador compostas de estrutura tecida em 3D.
Materiais usados na carcaça do ventilador do motor
A carcaça do ventilador do motor é a maior parte estacionária de um motor aeronáutico, e sua redução de peso afetará diretamente a relação impulso-peso e a eficiência de um motor aeronáutico. Portanto, OEMs de motores aeronáuticos avançados estrangeiros sempre estiveram comprometidos com a redução de peso e otimização estrutural da carcaça do ventilador.
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Materiais usados para as carenagens do ventilador do motor
Por ser um componente de suporte de carga não principal, a carenagem do ventilador é uma das primeiras peças feitas de materiais compósitos em um motor aeronáutico. A carenagem do ventilador feita de materiais compósitos pode fornecer peso mais leve, estrutura antigelo simplificada, melhor resistência à corrosão e melhor resistência à fadiga. Como o motor RB211 da famosa empresa RR, o PW1000G e o PW4000 da empresa PW usam materiais compostos à base de resina para preparar as tampas dos ventiladores.
Em comparação com mainframes de motores aeronáuticos, os materiais compostos à base de resina têm um espaço de aplicação muito amplo em naceles de motores aeronáuticos. Fabricantes globais têm usado materiais compósitos à base de resina em larga escala em entradas de nacele, carenagens, reversores de empuxo e revestimentos de redução de ruído. Material. Em termos de outras peças, os materiais compostos à base de resina também são aplicados em graus variados em placas de rotores de ventiladores de motores aeronáuticos, tampas de vedação de rolamentos e placas de cobertura.
