Kuprum ialah konduktor haba dan elektrik yang mudah ditempa, mulur dan sangat baik. Ia digunakan dalam pelbagai industri, termasuk elektrik, pembinaan, automotif, dan paip. Terdapat gred dan piawaian bahan tembaga yang berbeza, dan berikut adalah beberapa daripadanya:
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, sambil terus memberi perhatian kepada keselamatan pesawat dan enjin, komuniti penerbangan domestik dan asing juga semakin bimbang tentang penjimatan sumber, mengurangkan kos, melindungi alam sekitar dan isu-isu lain. Di bawah latar belakang ini, industri penerbangan hijau telah mencapai kemajuan tertentu. Penerbangan hijau meliputi keseluruhan proses pembangunan dan penggunaan reka bentuk pesawat, pembuatan, penggunaan, penyelenggaraan, persaraan, pemulihan, dsb., yang melibatkan bidang teknikal termasuk bahan hijau, pembuatan hijau, penyelenggaraan hijau, dsb.
Bahan yang dipanggil hijau merujuk kepada memaksimumkan penggunaan sumber dan meminimumkan kos penggunaan dan kesan alam sekitar semasa keseluruhan kitaran reka bentuk bahan, pemilihan bahan mentah, pemprosesan dan pembuatan, pembungkusan dan pengangkutan, penggunaan, pemulihan dan penggunaan semula. Negara kita telah mula bersungguh-sungguh membangunkan teknologi bahan baru, setiap teknologi bahan baru telah dibuat satu kejayaan, penyelidikan bahan baru penerbangan telah membuat pencapaian yang memuaskan. Melihat ke masa hadapan, bahan penerbangan baharu akan dibangunkan ke arah pelbagai guna, berprestasi tinggi, proses baharu, kos rendah dan konsep baharu. Dengan peningkatan tahap penyelidikan dan pembangunan bebas China dalam bidang bahan penerbangan baharu, kami perlu meningkatkan tahap teknikal bahan penerbangan hijau secara menyeluruh dari aspek reka bentuk bahan, proses penyediaan, pembangunan bahan, kitar semula dan aspek lain, dan bersama-sama mencipta masa depan yang lebih baik bagi penerbangan hijau.
Pertama, keperluan membangunkan industri penerbangan hijau
2021 adalah tahun pertama Rancangan Lima Tahun Ke-14. Sebagai kedudukan teras keseluruhan rantaian industri ketenteraan, sektor material baharu dijangka membawa ruang yang lebih besar untuk pembangunan. Abad ke-20 adalah abad perkembangan pesat sains dan teknologi moden, salah satu simbol penting ialah pencapaian cemerlang yang dicapai manusia dalam bidang aeronautik dan astronautik. Pada abad ke-21, industri aeroangkasa telah menunjukkan prospek yang lebih luas untuk pembangunan, dan aktiviti aeroangkasa peringkat tinggi atau ultra tinggi telah menjadi lebih kerap. Pencapaian hebat industri aeroangkasa tidak dapat dipisahkan daripada pembangunan dan kejayaan teknologi bahan aeroangkasa. Bahan adalah asas dan pelopor teknologi tinggi dan industri moden, dan sebahagian besarnya merupakan prasyarat untuk penemuan teknologi tinggi. Pembangunan bahan aeroangkasa memainkan peranan yang kuat dalam menyokong dan menjamin teknologi aeroangkasa. Sebaliknya, keperluan pembangunan teknologi aeroangkasa sangat memimpin dan menggalakkan pembangunan bahan aeroangkasa. Boleh dikatakan bahawa kemajuan bahan memainkan peranan sokongan utama dalam menaik taraf pesawat.
Bahan aeronautik bukan sahaja jaminan bahan untuk pembangunan dan pengeluaran produk aeronautik, tetapi juga asas teknikal untuk menaik taraf produk aeronautik. Bahan memainkan peranan penting dalam pembangunan industri penerbangan dan produk penerbangan. Pada abad ke-21, bahan penerbangan sedang berkembang ke arah prestasi tinggi, fungsi tinggi, pelbagai fungsi, penyepaduan struktur dan fungsi, kompaun, pintar, kos rendah dan keserasian alam sekitar.
Dalam laporan Kerja kerajaan 2022 beliau, bekas Perdana Menteri Li Keqiang mencadangkan untuk terus meningkatkan persekitaran ekologi, menggalakkan pembangunan hijau dan rendah karbon, mengukuhkan kawalan pencemaran dan perlindungan dan pemulihan ekologi, mencapai keseimbangan antara pembangunan dan pengurangan pelepasan, dan menggalakkan kewujudan bersama yang harmoni antara manusia dan alam. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, sambil terus memberi perhatian kepada keselamatan pesawat, komuniti penerbangan domestik dan asing juga semakin bimbang tentang penjimatan sumber, pengurangan kos, perlindungan alam sekitar dan isu-isu lain. Dalam konteks ini, penerbangan hijau telah mencapai kemajuan tertentu. Pesawat ke arah pembangunan yang lebih selamat dan boleh dipercayai, ringan, sukar, hijau, dengan itu mengemukakan keperluan yang lebih tinggi dan lebih tinggi untuk bahan, tetapi juga mempromosikan pesawat dalam kelajuan penerbangan, kebolehpercayaan, kos rendah, kecekapan tinggi dan keselesaan dan aspek peningkatan lain. . Di bawah situasi perindustrian baharu, membangunkan bahan hijau penerbangan mewah serta teknologi penyediaan dan pemprosesannya adalah amat penting untuk menyokong pembangunan mampan industri penerbangan China. Secara ringkasnya, didorong oleh perkembangan pesat industri moden global, pembangunan hijau bahan penerbangan adalah trend yang tidak dapat dielakkan dan keperluan mendesak pembangunan ekonomi.
ii. Kemajuan penyelidikan bahan aeronautik baharu
Bahan pesawat sedikit sebanyak menentukan kos pembuatan struktur badan pesawat. Memandangkan peralatan penerbangan China terutamanya diperkenalkan pada peringkat awal, ia terutamanya menggunakan sistem bahan asing dalam pemilihan bahan. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, China telah mula bersungguh-sungguh membangunkan teknologi bahan baharu, dan teknologi bahan baharu telah membuat penemuan berterusan, dan penyelidikan mengenai bahan penerbangan baharu juga telah mencapai pencapaian yang membanggakan. Walau bagaimanapun, masih terdapat jurang yang besar antara tahap keseluruhan industri bahan baharu penerbangan dan tahap lanjutan antarabangsa.
(A) Aloi titanium: sifat cemerlang "logam sejagat"
Titanium mempunyai ciri-ciri graviti tentu yang rendah dan kekuatan tentu yang tinggi, dan aloinya sangat penting untuk meningkatkan nisbah berat tujahan pesawat dalam bidang aeroangkasa, dan telah digunakan secara meluas dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Sebagai tambahan kepada bidang ketenteraan dan aeroangkasa, aloi titanium juga digunakan secara meluas dalam kimia, metalurgi, perubatan, sukan dan masa lapang dan bidang lain.
Status pembangunan bahan aloi titanium untuk penerbangan di luar negara
1) Aloi titanium suhu tinggi: aloi titanium suhu tinggi digunakan terutamanya dalam rel slaid flap pesawat, perumah galas, pendakap, hud enjin, cakera pemampat dan bilah, selongsong dan bahagian rangka struktur lain. Komponen ini memerlukan kekuatan khusus yang tinggi, kekuatan keletihan, rintangan rayapan dan kestabilan struktur pada 300 ~ 600 darjah . Pada masa ini, bagi pihak jenama aloi titanium suhu tinggi tahap lanjutan antarabangsa terutamanya termasuk Amerika Syarikat Ti-6242S, Ti-1100, IMI834, BT36 Rusia dan sebagainya.
2) Aloi titanium kekuatan tinggi: Aloi titanium kekuatan tinggi biasanya merujuk kepada kekuatan tegangan lebih daripada aloi titanium 1000MPa, terutamanya digunakan untuk menggantikan keluli struktur kekuatan tinggi yang biasa digunakan dalam struktur pesawat, boleh mencapai pengurangan berat 10 peratus. Pada masa ini, aloi titanium kekuatan tinggi yang digunakan dalam pesawat adalah terutamanya aloi titanium jenis, mewakili Ti-1023 utama, BT22, Ti-153, -21S dan sebagainya.
3) Aloi titanium kalis api: Pada masa ini, aloi titanium kalis api biasa ialah Aloi C di Amerika Syarikat dan BTT-1 di Rusia. Aloi C (Ti-35V-15Cr), yang dibangunkan di Amerika Syarikat, ialah aloi titanium jenis dengan kekuatan suhu tinggi dan rintangan pengoksidaan yang baik. Ia telah digunakan pada selongsong pemampat tekanan tinggi, ram pemandu dan muncung ekor vektor enjin Fl19. Aloi titanium kalis api Ti-Cu-Al BTT{11}} yang dibangunkan di Rusia mempunyai kebolehkerjaan terma yang baik dan telah digunakan dalam sarung dan bilah pemampat enjin.
Status pembangunan bahan aloi titanium untuk penerbangan domestik
1) Aloi titanium suhu tinggi: Aloi Ti-60 ialah aloi titanium suhu tinggi 600 darjah yang dibangunkan secara bebas oleh negara kita. Aloi adalah berasaskan aloi TAl₂ (Ti-55) yang menambah unsur Al, Sn, Si dengan kandungan yang sesuai, untuk meningkatkan lagi kestabilan terma, rayapan suhu tinggi dan rintangan pengoksidaan suhu tinggi aloi.
2) Aloi titanium struktur kekuatan tinggi: Sekumpulan aloi titanium struktur kekuatan tinggi telah dibangunkan secara bebas pada tahun 1970-an hingga 1990-an. Kekuatan aloi titanium ini boleh mencapai tahap 1100-1300MPa. Pada awal abad ke-21, terdapat dua jenis aloi titanium beta wakil: ① hampir titanium Ti-B18, kekuatan tegangan boleh mencapai 1150 ~ 1350MPa; ② Aloi titanium metastabil Ti-B20, kekuatan tegangan sehingga 1200 ~ 1600MPa.
3) Aloi titanium kalis api: Selama bertahun-tahun, China telah menjalankan penyelidikan mendalam tentang aloi titanium kalis api. Merujuk kepada aloi AlloyC, siri Ti-V-Cr-Al, Ti-Mo-Cr-Al, Ti-Mo-V-Cr-Al3 aloi titanium kalis api telah direka, dan mekanisme anti-pembakaran telah dikaji dengan cara simulasi komputer. Selain itu, aloi titanium kalis api TF1(siri Ti-V-Cr-C) dan TF2 (siri Ti-Cu) direka selepas analisis sistematik sistem yang berbeza di Amerika Syarikat, Britain dan Rusia. Aloi Ti-40 (Ti-V-Cr-Si) ialah aloi titanium kalis api jenis yang dibangunkan secara bebas di China. Berbanding dengan aloi titanium konvensional, aloi Ti-40 mempunyai sifat kalis api dan mekanikal yang sangat baik. Pada masa ini, penyelidikan aloi telah dibangunkan dari skala makmal kepada skala separa industri, telah dapat menyediakan jongkong Ti40 tan, bar saiz besar dan penempaan cincin.
Disebabkan lewat permulaan industri pembuatan penerbangan domestik, bahan aloi titanium dan titanium dalam penggunaan medan penerbangan domestik tidak besar, bahan titanium yang digunakan dalam bidang penerbangan menyumbang kurang daripada 20 peratus, jauh di bawah paras purata antarabangsa kira-kira 50 peratus , dan industri titanium berbanding dengan negara maju masih terdapat jurang yang besar: Pertama, produk aloi titanium mewah kebanyakannya masih tiruan, tahap pembangunan bahan adalah rendah, julat aplikasinya sempit, prestasi komprehensif yang tinggi dan rendah- pembangunan aloi titanium kos kebanyakannya di peringkat makmal; Kedua, kualiti metalurgi tidak stabil, jenis kurang, spesifikasi tidak lengkap; Ketiga, kemajuan penyelidikan teknologi sokongan yang berkaitan adalah perlahan, dan sistem bahan aloi titanium yang dibangunkan sendiri perlu diperbaiki.
(2) Superalloy: memberi tumpuan kepada keperluan enjin tentera
Superalloy, untuk suhu tinggi
Keluli tradisional melembutkan melebihi 300 darjah Celsius dan tidak dapat menampung suhu tinggi. Untuk mengejar kecekapan penukaran tenaga yang lebih tinggi, bidang kuasa enjin haba memerlukan suhu kerja yang lebih tinggi dan lebih tinggi. Akibatnya, aloi super telah dibiakkan untuk berfungsi secara stabil pada suhu melebihi 600 darjah Celsius, dan teknologinya terus bertambah baik.
Superaloi dibahagikan kepada superaloi berasaskan besi dan superaloi berasaskan nikel mengikut elemen utama aloi. Menurut Zhiyan Consulting, dibahagikan mengikut proses produk pada 2018, keluaran superaloi berasaskan nikel menyumbang 80 peratus , superaloi berasaskan besi 14.3 peratus dan superaloi berasaskan kobalt 5.7 peratus .
Superalloy adalah bahan utama aeroengine. Superalloy telah digunakan dalam aeroengine sejak kelahirannya dan merupakan bahan penting untuk pembuatan enjin aeroangkasa. Tahap prestasi enjin sebahagian besarnya bergantung pada tahap prestasi bahan aloi super. Dalam enjin aero moden, jumlah bahan aloi super menyumbang 40 peratus ~ 60 peratus daripada jumlah berat enjin. Ia digunakan terutamanya dalam empat komponen hujung panas: kebuk pembakaran, panduan, bilah turbin dan cakera turbin. Di samping itu, ia juga digunakan dalam selongsong, bahagian cincin, pembakar selepas dan muncung ekor.
Industri aloi suhu tinggi China kini dalam tempoh pertumbuhan, dan perusahaan rantaian industri mempunyai ruang pembangunan yang luas pada masa hadapan. Bilangan perusahaan pengeluaran superalloy di China adalah terhad, dan tahap pengeluaran ketinggalan berbanding Amerika Syarikat, Rusia dan negara lain. Walau bagaimanapun, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kapasiti pengeluaran dan nilai keluaran telah meningkat dengan ketara. Banyak projek kapasiti pengeluaran superalloy Lianshi Aviation, Western Superconductor dan syarikat lain sedang dalam pembinaan dan mula beroperasi.
Sifat aloi super untuk aeroengine berkembang secara berterusan
1) superalloy asas besi: salah satu ciri sistem superaloi Cina.
Disebabkan kekurangan nikel dan sedikit kobalt dalam sumber China, pembangunan, pengeluaran dan penggunaan superaloi asas besi menjadi pemandangan yang cemerlang pada tahun 1960-an dan 1970-an.
Aloi super berasaskan besi biasanya digunakan dalam bahagian enjin dengan suhu operasi rendah (600~850 darjah C), seperti cakera turbin, selongsong dan aci. Walau bagaimanapun, superaloi asas Fe mempunyai sifat mekanikal yang baik pada suhu sederhana, setanding atau lebih baik daripada aloi asas nikel yang serupa. Selain itu, ia murah dan mudah berubah bentuk dalam kerja panas. Oleh itu, superalloy asas Fe masih digunakan secara meluas sebagai cakera turbin dan bahan bilah turbin dalam bidang suhu sederhana.
2) superalloy asas nikel: ubah bentuk/pemutus/naik taraf aloi baharu mengikut penjanaan.
Aloi super berasaskan nikel biasanya berfungsi dalam keadaan tegasan tertentu melebihi 600 darjah . Mereka bukan sahaja mempunyai rintangan pengoksidaan yang baik dan rintangan kakisan pada suhu tinggi, tetapi juga mempunyai kekuatan suhu tinggi, kekuatan rayapan dan kekuatan berkekalan, serta rintangan keletihan yang baik. Ia digunakan terutamanya dalam bidang aeroangkasa untuk komponen struktur yang bekerja di bawah keadaan suhu tinggi, seperti bilah kerja, cakera turbin, kebuk pembakaran aeroengines, dll.
Mengikut proses pembuatan, superalloy asas nikel boleh dibahagikan kepada aloi berubah-ubah, superaloi pemutus, superaloi baru. Superalloy tuang berasaskan nikel digunakan terutamanya dalam bilah pemandu turbin dalam enjin, di mana suhu operasi boleh mencapai lebih daripada 1100 darjah, atau boleh juga digunakan dalam bilah turbin, yang suhunya lebih rendah daripada bilah panduan yang sepadan 50-100 darjah .
Oleh kerana suhu kerja aloi tahan haba lebih tinggi dan lebih tinggi, unsur pengukuhan dalam aloi semakin banyak, komposisinya lebih kompleks, menyebabkan beberapa aloi hanya boleh digunakan dalam keadaan tuang, tidak boleh ubah bentuk kerja panas. Di samping itu, peningkatan unsur mengaloi menjadikan pengasingan komposisi aloi asas nikel serius selepas pemejalan, mengakibatkan struktur mikro dan sifat tidak sekata. Menggunakan proses metalurgi serbuk untuk menghasilkan aloi super boleh menyelesaikan masalah di atas. Kerana zarah serbuk adalah kecil, kelajuan penyejukan adalah pantas apabila serbuk dibuat, pengasingan dihapuskan, kebolehkerjaan panas dipertingkatkan, aloi yang hanya boleh dibuang diubah menjadi aloi super ubah bentuk yang boleh dikerjakan secara panas, kekuatan hasil dan sifat keletihan dipertingkatkan, aloi super serbuk telah menghasilkan cara baharu untuk penghasilan aloi kekuatan lebih tinggi. Aloi super serbuk digunakan terutamanya dalam pembuatan cakera turbin enjin aero termaju dengan nisbah tujahan yang tinggi, dan juga dalam pengeluaran cakera pemampat, aci turbin, penyekat turbin dan bahagian hujung panas suhu tinggi lain bagi enjin aero termaju.
3) superalloy berasaskan kobalt: rintangan kakisan dan bidang khas lain mempunyai prospek yang luas.
Rintangan pengoksidaan superaloi berasaskan kobalt adalah lemah, tetapi rintangan kakisan habanya lebih baik daripada nikel. Aloi super berasaskan kobalt juga mempunyai kekuatan suhu tinggi yang lebih kuat, rintangan kakisan haba, kelesuan haba dan rintangan rayapan daripada superaloi berasaskan nikel, yang sesuai untuk mengeluarkan bilah pemandu turbin gas dan muncung.
Oleh kerana sumber yang terhad, aloi asas kobalt seperti K40, GH188 dan L605 telah dibangunkan di negara kita. Sejak tahun 2001, penyelidikan GE dalam aloi super berasaskan kobalt telah menumpukan pada penggunaan superaloi berasaskan kobalt sebagai bahan substrat untuk turbin gas dan menyediakan salutan seperti salutan penghalang haba pada permukaan aloi untuk meningkatkan rintangan kakisan.
Kerana batasan material, kobalt agak jarang dan mahal di Bumi. Pada masa ini, haba penyelidikan berasaskan kobalt telah berkurangan, dan banyak penyelidikan saintifik kekal dalam peringkat teori seperti eksperimen pemodelan digital.
Generasi pertama aloi pesawat tentera, enjin dengan aloi suhu tinggi atau memasuki tempoh kelantangan pesat
Keperluan suhu enjin semakin meningkat. Nisbah tujahan kepada berat yang tinggi memerlukan suhu muncung yang lebih tinggi dan sokongan bahan pada suhu operasi yang lebih tinggi. Dalam pembangunan superaloi di dunia, bahan bilah enjin dan cakera telah mengalami empat peringkat iaitu ubah bentuk, tuangan, orientasi dan kristal tunggal. Suhu dinaikkan secara beransur-ansur daripada 600 darjah kepada lebih daripada 1100 darjah .
Peningkatan pesawat tentera telah disertai dengan peningkatan aloi super. Bahan teras enjin turbofan generasi pertama adalah aloi super cacat, dan suhu kerja bahan teras ialah 650 darjah . Menjelang enjin turbofan generasi keempat, suhu kerja bahan teras telah mencapai 1200 darjah, dan superalloy kristal tunggal diterima pakai. Peningkatan pesawat tentera telah disertai dengan peningkatan aloi super, bahan teras enjin. Peningkatan aloi super memerlukan penyelidikan