什么是航空发动机材料?

什么是航空发动机材料?

[拼音]：hangkong fadongji cailiao

[外文]：aero-engine material

制造航空发动机的汽缸、活塞、压气机、燃烧室、涡轮、轴和尾喷管等主要部件所用的各种结构材料。航空发动机的特点是体积小，功率大，各部件的工作条件严酷，特别是转动件在不同的温度、载荷、环境介质（空气，燃气）下工作，大多须用比强度高、耐热性好和抗腐蚀能力强的材料制造。航空发动机的使用期限不尽相同，军用飞机发动机一般为100～1000小时；民用机发动机甚至要求1万小时以上，所用材料的组织和性能须保持长时间稳定。航空发动机早期采用铝合金、镁合金、高强度钢和不锈钢等制造；后期为适应增加发动机推力、提高飞机飞行速度的需要，钛合金、高温合金和复合材料相继得到应用。

简史

用铸铝合金、合金钢制造的活塞式航空发动机，在1903年装备了第一架螺旋桨式飞机。40年代到50年代初有了高温合金，涡轮喷气发动机才得以研制成功，使飞机的飞行速度超过了音速。60年代由于铸造高温合金和钛合金的应用和发展，涡轮风扇发动机得以研制成功。70年代定向凝固高温合金空心涡轮叶片、粉末高温合金涡轮盘和新的钛合金的出现，使涡轮进口温度提高到1370°C，使涡轮风扇发动机的推重比达到8以上。

活塞式航空发动机

汽缸一般用强度达 1000 兆帕(约100公斤/毫米2)的中碳铬-钼-铝钢制做，以便表面渗氮，提高耐磨性和耐蚀性。活塞用强度为300兆帕（约30公斤/毫米2）的锻造铝合金制作，再嵌装上合金铸铁涨圈，起耐磨和封严的作用。联杆和曲轴用优质的铬－镍合金钢制造，有耐磨要求的部位还经过渗碳或氮化处理。

涡轮喷气发动机

压气机的零部件工作温度一般低于650℃，要求用比强度和疲劳强度高、抗冲击和耐腐蚀的材料制造。离心式压气机的叶轮使用高强度铝合金。轴流式压气机的前风扇叶片用钛合金。低压转子的轮盘和叶片用钢和铝合金，发展趋势是全部用钛合金。高压转子的轮盘和叶片用耐热钢，发展趋势是用高温合金。前机匣用钢或钛合金制造，有的机匣为了隔音还需要用吸音材料。燃烧室内燃烧区的温度高达1800～2000°C，尽管引入气流冷却，燃烧室壁温一般仍在900°C以上，常用易成形、可焊接的高温合金(新型镍基和钴基合金)板材制造。为了防止燃气冲刷、热腐蚀和隔热，常喷涂防护涂层。弥散强化合金不需涂层即可用于制造耐1200°C的燃烧室。燃烧室用的材料均可用于制造加力燃烧室和尾喷管。制造涡轮叶片和涡轮盘的材料是影响发动机性能的重要材料。适宜于制造涡轮叶片的材料有铸造镍基合金。现代试验型发动机的涡轮进口温度已达到1650°C，更高的要求达到1930°C。正在研制定向单晶、定向共晶、钨丝增强镍基合金和陶瓷材料，研制弥散强化镍基合金和新型粉末涡轮盘合金，以适应更先进发动机的涡轮叶片和涡轮盘的需要。