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近日中国相关单位公开了“航空发动机单晶叶片典型铸造缺陷全过程控制技术”,通过这个技术研究,国产航空发动机单晶叶片取得了长足进展,尤其是成品率大为提高,标志着国产发动机研制尤其是制造技术向前迈进了一大步。 单晶叶片是现代航空发动机关键技术和部件,航空发动机一个重要指标就是涡轮前温度,这个指标越高,发动机推力也就越大,不过燃烧室出来的燃气温度高达上千度,已经超过了钢铁的熔点,在如此高温、高速、高压燃气冲击之下,高压涡轮还要高速旋转带动高压压气机,因此对于材料和工艺要求极高,单晶叶片就是高压涡轮叶片最理想的材料,所谓单晶叶片是指只有一个晶料的叶片,晶界平行应力方向,消除了空洞和裂纹,这样叶片才能抵御发动机燃气冲击,可靠性更高,因此单晶叶片已经成为现代航空发动机高压涡轮叶片主流材料。

中国单晶叶片成品率大幅度提高 歼20将获更强劲航发看起来毫不起眼的航空发动机叶片却是当今材料领域最尖端技术的结晶

中国单晶叶片成品率大幅度提高 歼20将获更强劲航发它承受的温度已经超过了钢铁的熔点

中国单晶叶片成品率大幅度提高 歼20将获更强劲航发内部结构是关键

不过单晶叶片性能虽好,但是制造起来非常困难,因为它几乎要求叶片所有原子排列一致,难度可想而知,并且叶片里面还要有冷却空气通道,因此看起来小小的涡轮叶片,但是对于设计、材料、加工、工艺等方面非常高,稍有一慎就有可能造成产品报废,单晶叶片缺陷控制及成品率是制约它应用一个难题,发达国家也是经过多番努力才实现单晶叶片稳定生产。

中国相关单位从上世纪70年代开始研制单晶高温合金,由于当时经济技术实力不足,工业基础也比较薄弱,一直到90年代才研制出第1代单晶叶片,从技术上来讲,它相当于国外70年代末第1代单晶叶片,在此基础上相关单位研制了第2代单晶高温合金,并且在新世纪进入实用,2016年国内相关单位又展出国产第3代单晶叶片,从航展介绍来看,它采用了国产第3代单晶高温合金、双层壁冷技术,耐高温、高压等方面性能较以前产品又有较大提高。

中国单晶叶片成品率大幅度提高 歼20将获更强劲航发珠海航展公开的国产第二代单晶高温合金涡轮叶片

中国单晶叶片成品率大幅度提高 歼20将获更强劲航发珠海航展公开的国产第三代单晶高温合金高压涡轮叶片

不过从相关报道来看,国产航空发动机单晶叶片虽然研制成功,但是批量生产是却是一个问题,由于生产控制能力相对偏低,造成国产航空发动机单晶叶片成品率长期偏低,这样就造成了较大浪费,正是因为如此,太行发动机虽然在研制之初就决定用单晶叶片,并且进行了试车,但是批量生产的时候,考虑到进度、成本等方面原因,最终批量生产的太行发动机并没有采用单晶叶片,这样就降低了发动机性能。

根据公开技术成果,通过对航空发动机单晶叶片典型铸造缺陷进行研究和探索,中国相关单位成功找到了控制这些缺陷的方法,航空发动机单晶叶片成品率大为提高,已经可以达到50%左右,此外相关单位还突破了从高温合金废料之中回收铼、钴、钼、钨、钽等稀贵金属元素的技术,这样就有效降低了国产高温合金成本和费用,进一步提高了航空发动机单晶叶片批量生产能力。

中国单晶叶片成品率大幅度提高 歼20将获更强劲航发歼20将会迎来更加有力的中国心

由于单晶叶片及复杂工工运用,可以让国产航空发动机高压涡轮能够经受更高温度的考验,这样就为提高航空发动机推力打下了坚实的基础,航空发动机推力提高能够让作战飞机性能指标向前迈进一大步,国产战斗机将会拥有更加有力的“中国心

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