如何看待「中國航空發動機材料重大突破,壽命優於美國 1~2 個數量級」?

我國發動機在整個飛機製造中一直是弱項,請問發動機材料壽命的提高對整個發動機性能的提高占的比重有多?能把我國發動機的水平提高一個檔次么?

中國航空發動機材料重大突破 壽命優於美國1~2個數量級

補充:是某兩個指標(最小蠕變和持久壽命)超過


今天搬完磚回家一打開網站就看到了這個大新聞,立刻連上學校VPN把論文搞了下來,看完了真是excitied。

論文關於理論和製造的部分 @禹崢嶸 講得很明白了,我就不獻醜了。這個原理我們本科課上老師講結晶的時候也講過,只不過化工上這個原理常用在從溶液結晶溶質上,所以控制結晶過程的方法並不相同。

下面說一下我個人對此在應用上的微小的見解。

航空發動機中高速旋轉的葉片或者葉盤上的載荷很大一部分是離心力,這是與材料密度成正比的。所以在相同的強度下,使用更輕的材料所實現的減重可以超過密度差,因為載荷變小了,就不需要原來那麼多的材料了。

TiAl基材料密度在4g/cm3左右,鎳基材料在8g/cm3左右,簡單來說被TiAl替代的部件至少可以輕一半。

比如CFM-56的高壓壓氣機一共9級前3級是鈦合金的,後6級是鎳基材料的。現在用TiAl基材料代替的話,可以減少很多重量。

或者用新聞中所說的GENx作例子,用這類材料代替發動機低壓渦輪中的鎳基材料。考慮到GENx所用的Ti-48Al-2Cr-2Nb高溫性能不如新報道的Ti-45Al-8Nb,只代替了低壓渦輪的最後2級,新材料更優越的性能使得它可以代替更多級甚至代替全部低壓渦輪中的鎳基合金。GENx在兩級上用新材料減重了200磅,這麼算下來全部替代低壓渦輪有望實現極大幅度的減重。

壽命這事兒主要體現在蠕變速率上,啥都不說直接上圖吧,論文里這張插圖最直觀,請注意b中縱坐標是對數的。

有個想法:Ti-45Al-8Nb材料有900℃的耐熱能力,假如能做出高效冷卻的葉片,是不是可以直接用於高溫渦輪?根據《航空發動機結構分析》一書所述,氣膜冷卻可以達到400℃~600℃,發散冷卻可以到500℃~800℃這樣的水平,加上高熱阻塗層,按500℃算,1400℃的渦輪前溫度也不算低了是吧?如果不那麼保守,按塗層150℃,氣膜550℃算,就是1600℃的渦前溫度,那就是很不錯的成績了。

瞎讀了一些資料,姑且做一些理論上會存在較大偏差的估算。

根據 @徐元直 同學提供的美帝第四代鎳基合金的性能報告http://www.tms.org/superalloys/10.7449/2004/Superalloys_2004_15_24.pdf中figure17所用的方法,把載荷S的對數lg S與提出的蠕變性能參數P=(T/K)*(lg t/h+16)線性關聯,我們可以粗略地比較一下不通合金的性能。

美帝的四代鎳基合金真是強啊,EPM102在200MPa/1000h的要求下工作溫度可達約1000℃,相比之下Ti-45Al-8Nb按同樣比強度來算(按密度低一半,同樣工況下相應需要承受的離心力也小一半,100MPa),論文中的Ti-45Al-8Nb只在900℃實驗到800h仍沒有出現問題(姑且我們樂觀地估計可以堅持到1000h)。如果載荷為400MPa,則EPM102在400MPa/1000h的要求下工作溫度仍有900℃.

用類似地方法分析CFM56的高壓渦輪上所用的Rene125合金(感謝 @莫曉柒 同學告知),其性能數據來自http://www.stainless-steel-world.net/pdf/393.pdf,結果如下。圖是我自己用excel畫的,不如論文里的截圖畫得好,大家將就著看吧。

吐個槽:Ti-45Al-8Nb的數據僅有900℃下3個點,所以做出來儘管R平方達到了0.9923,但回歸的顯著水平仍然不夠0.05啊……姑且就這麼著吧。要達到0.05,900℃/100MPa的壽命需要達到大約1050h才可以;直接線性外推過去的壽命大約是1435h.

如果我們仍然按鎳基合金密度比TiAl基高一倍來進行比較(鎳基合金重一倍,所以它自轉起來對自己的載荷也應該高一倍。這相當於將TiAl的載荷向上平移lg2個單位,這樣二者相當於在載荷/密度水平上,從橙線到綠線),可以看到二者性能類似。在高載荷下Ti-45Al-8Nb表現會優於Rene125,因此用它替代第三代發動機上的高壓渦輪是有可能的。根據這一測算,Rene125在葉片實際溫度850℃/載荷200MPa下壽命為196.6h,Ti-45Al-8Nb則可以達到910h.

Ti-45Al-8Nb要工作在1000℃這應當是不太可能的,1000℃下0°取向的單晶抗拉強度也下降到238MPa,延伸率達到了76.3%,簡直被拉成了麵條(RAmen!),分分鐘交出gg的節奏。用得到的方程來外推,1000℃/1000h下可承受的載荷僅有28.34MPa,放到發動機里分分鐘變成麵條。即使把壽命要求降低到100h,也僅能承受66.86MPa的載荷,是決計不夠用的。

綜上,這一材料充當四代發動機高壓渦輪部件看來比較有困難,但用於第四代發動機的壓氣機和低壓渦輪應當不存在任何問題。同時,它可以用於第三代發動機的幾乎所有部件。

以及,這篇文章到現在才發表出來,但根據論文最後註明的提交日期,是2015年7月,也就是差不多一年之前。進一步的研究肯定正在開展。

最後做個不負責任的猜想,如果太行的低壓渦輪和壓氣機可以全部用此類材料代替鎳基材料,是不是會因為減重而使得推重比超過10?

有個問題,新聞中說GE換了葉片之後發動機省油了20%,這和葉片材料有什麼關聯?求懂行的講解一下


一句話概括:讓人興奮,讓人蕩漾,但是還有工作要做。

開頭先給出陳教授的文章鏈接: 10.1038/nmat4677

今天在知乎上看到了這條新聞,我感覺來關注這個問題的大部分都是我們自己材料領域的同行,應該都對航空發動機和高溫合金多略懂一二。所以在此省去科普部分,主要針對新的方面和同行們討論討論,也算是讀完這篇文章的一個思路整理。

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6.24更新

諸位,本人所在的英gay蘭出大事了——諸位也知道的。現在到處都比較亂。我可能今天更不了了,等有時間坐下來慢慢梳理一下。

另外有很多人發信和我說看不懂。其實我的本意,的確只是和同行們交流交流,恰好又在知乎看見了,所以在答案中為了文章結構簡潔,同時也因為陳教授此文的確新的信息量很大很多,過多地解釋容易造成結構冗長,因此基本沒有加入科普的部分而採用了直接使用專業術語,一般的朋友看不懂是正常的。其實,就跟每本大學裡面的教科書一樣,這個針對材料領域最新成果的答案主要也是寫給特定人群的——大學本科材料相關專業高年級學生(大三、四)或者材料專業碩博的同學應該是能夠通讀全文的。

如果不是本專業的朋友,可以選擇性地閱讀黑色粗體,大概就能對這個新材料有初步的認識了。

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關於這篇文章的看點,主要有:

1. 該新單晶合金的製造與生產工藝相關性的探討

2.
該新合金的機械性能【室溫/高溫(900°C)下的拉伸強度、延展率、蠕變速率】在高溫下性能優越的機理探討——納米孿生變形對宏觀性能的改進

3.
該新型合金未來在發動機方面的廣闊發展前景。

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第一點。合金製造與工藝的關係,主要的著力點在於熱處理方法——定向凝固。

為了達到更高的渦輪效率,減輕渦輪葉片的質量則首當其衝。根據Bewlay 等人[1] 在2013年的文章,GE的新一代引擎如GEnx 1B(用于波音787)GEnx 2B(用於747改進型747-8)的低壓渦輪葉片已經採用了新的Ti-Al多晶合金以取代原來的鎳基合金,新的Ti-Al基多晶葉片裝上後整體發動機減重成果顯著。

一兩句題外話:GEnx引擎的使用也標誌著雙馬來醯胺(BMI)樹脂的碳纖維葉片已經開始成熟應用了。GEnx引擎是正式成為第一代通過試航,並使用碳纖維複合材料風扇葉片的高性能大涵道比渦扇發動機。關於發動機減重,業界的共識是先把現有的鎳基超合金取代,然後再用碳纖維複合材料取代減重,而後者的蠕變、腐蝕、疲勞效果跟金屬相比優勝太多。至於評論中 @六隻正在飛的羊 提到的納米管增強,其實現在很多還是在實驗室研究階段,我也研究這個,說實話,要工業運用還有點遠。但大方向沒錯。 )

在大涵道比民用渦扇發動機中,其取代的部件如下示意圖黃圈部分:

而要繼續改進渦輪的效率,提高整體發動機性能,最有效的辦法就是取代上面提到的Ti-Al多晶高溫合金葉片,使用Ti-Al高溫單晶的葉片。高溫單晶葉片消除了在成型過程中的橫向晶界,讓全部晶界都平行於應力方向。但是這樣也帶來一個問題——即高溫下的合金蠕變問題——而怎樣在高縱向性能和低高溫蠕變之間取得平衡,則是單晶葉片的一個挑戰,這也是此篇文章給出的答案。

要得到單晶的Ti-Al合金,定向凝固(Directional solidification,文中稱DS)則是必須的一步生產流程。文章首先從Ti–45Al–8Nb PST(Polysynthetic twinned, 高溫PST鈦鋁單晶,我覺得PST可譯成多重合成孿態) 單晶微觀結構出發,從晶體學的角度理論分析了Ti-Al的相轉換關係。從下面的Ti-Al二元相圖(為求答案簡潔不分析三元相圖,雖然更準確)可以看出,主要涉及的相有(圖中紅圈部分):

·
α 相 - Ti - (HCP 六方最密堆積,A3型)

·
α2相 - Ti3Al - (HCP 六方最密堆積,A3型)

·
β 相 - Ti - (BCC 體心立方晶格)

·
γ 相 - TiAl - (FCC 面心立方晶格, A1型)

而這些相的相轉換順序是:β →α →α2→γ ,即 :β相Ti → α相Ti → Ti3Al → TiAl。其中以β/α的轉換對最終Ti-Al單晶的性能影響最大,也就是晶體結構從BCC轉換成HCP結構的過程。在這個轉換過程中,他們提到前人 [2,3] 發現生成的HCP α 相有1/3的概率會沿著0°方向(也就是我們想要的晶體生長方向)生長,2/3的概率會沿著45°的方向生長,但只有前者才是提升性能的關鍵,後者產生的分力矩只會降低材料性能。

經過計算髮現,在α相中有不同晶面係數(0°為(1120)而45°為(1012),下劃線表示負數)的兩個異向相,在β相中的晶面係數卻是一樣的,都是(001。那為了找到如何控制0°和45°的方向分化問題,陳光教授等人引入了晶體學中的一個著名的概念:Bramfitt [4] 提出的平面點陣錯配度(Bramfitt
planar disregistry)
,簡單的解釋為「相鄰兩相界面上原子間距的相對差值「,而其簡潔表達式為:

式中δ1,2,3表示在三個互成90°的軸向上計算得出的分軸晶格錯配度。當然文中採用了錯配度的更詳細展開式,對不同晶格體系在相轉換過程中的不同最密排布面(方向)的變換造成的錯配度進行了計算。其詳細計算式分別為:

0°方向上的

與45°方向上的

d為相鄰晶面之間的距離。

在公式中帶入的晶面係數是根據著名學者Burgers [5](大家還記得Burgers vector吧,沒錯就是該老爺子) 在1934年對鋯的相轉換研究,指出這些本文中涉及的不同晶體結構最緊排布面存在下列關係:

之後便可算出上述兩式的δ_0°和δ_45°的α 相的錯配度之差別。結果顯示, 0°方向的錯配度比45°的方向錯配度小了3.2%,分別為32.4%與35.6%。

由於晶體自身的生成分成形核與生長兩部分,而兩部分的能壘又不同。我們可根據上面計算推斷:

1.
45°方向上的晶體形核能壘比0°方向上的能壘要高,即,相比45°方向,0°方向的晶體需要更小的能量便可形核;

2.
然而根據經典金屬相轉換理論,晶體形核能量同時也是晶體生長的驅動力,那麼如果當總體能量達到一定數量級,超出了45°和0°兩者所需的形核能,那麼45°方向上的晶體生長速率就會比0°方向上的快很多。

那麼我們馬上就可以得出下一步的結論——要想讓Ti-Al在冷卻過程中定向沿著0°方向生長成單晶晶體,那麼就要控制所施加給材料本身的能量(在這裡以熱處理中的熱量為主要載體),讓施加能量高於0°方向的形核能壘,但低於45°方向的形核能壘。

根據經典熱力學定律,金屬冷卻的形核能量與過冷效應(undercooling effect)緊密相關,而過冷效應又與冷卻率成正比。冷卻率是可以計算的量,其關係為:

C=G * V, C是冷卻率,G是溫度梯度,V是對熱處理材料的抽拉速度。

由於材料成型採用的是經典的Bridgman定向凝固實驗設備(抽拉方向如下圖中豎直的方向),那麼我們就可以理解為在溫度梯度不變的情況下,一定有一個關鍵的Vc,能夠控制材料成型過程中的冷卻率,進而控制其產生的過冷效應與能量,進而讓材料只向0°方向生長,得到我們想要的單晶合金。

這個就是這篇文章的第一個部分的分析。看來陳光教授的團隊是通過或實驗或模擬或前兩者相結合方法找到了這個最關鍵的成型抽拉速度——Vc。這不得不說是一個飛躍性的工藝進步。

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開更第二點。下面談談定向固化後生成的微觀結構對其機械性能的影響。

接下來的一段,陳教授馬上給出了在Vc邊界值兩邊的不同相的光學顯微圖。其中:

  • 圖a是抽拉速度低於Vc時生成的TiAl相,具體體現在圖c中片狀結構的Ti Al相是沿著晶體生長方向,即 文中所言0°方向生長;

  • 圖b是抽拉速度高於Vc時生成的TiAl相,具體體現在圖d中片狀結構的Ti Al相是沿著晶體生長方向成45°的,即45°方向生長;

那麼實驗結果證明了Vc是真實存在的,且可用於控制定向凝固0° Ti-Al的。那生產出來的單晶合金性能如何呢?這就引入了文章的第二部分——機械性能與微觀結構探討。

第二部分伊始,陳教授開門見山指出通過他們這種方法生產出的PST
Ti-48Al-5Nb合金在拉伸性能十分優越。在常溫下(25°C)下其屈服強度與拉伸延展率分別為735 MPa 和 7.6%。

「這簡直屌炸天了。」——一位不願意透露姓名的材料學家說。

因為在之前同樣測試條件下的Ti-Al多晶合金,常溫延展率大概2%就算多了。德國Appel 等人[6]的研究組倒在08年報道了有3%的拉伸延展率的類似合金,可是相比起這裡單晶的7.6%,連一半都不到。那是什麼微觀結構造成了如此大的性能提升呢?陳教授等人經過分析,發現這與此單晶合金在不同階段的不同塑性變形機理耦合作用相關。下面來詳細說說。

我們知道晶體材料的延展率,很大程度上取決位錯在晶體內部移動的自由度。文中指出,在高Nb含量的Ti-Al單晶合金中,顯然存在著三種位錯,其方向為:

1. ?[110];

2. ? [112];

3. &<011]

前兩者都是螺位錯,而第三者則是超級位錯。通常情況下,超級位錯可以向下降解成為兩個1/2[011]位錯,而這個向下降解過程則伴隨著孿生變形的生成。而且不光是他們在這提出,之前03年北科陳國良院士(緬懷下老先生,11年去世了。陳國良老先生是我國高溫合金領域的先驅,創建了我國第一個高溫合金專業。七十年代初他用新的合金解決了我國主要殲擊機殲—6飛機發動機渦輪盤嚴重故障問題;研製成功了鐵基和鎳基二代高溫合金輪盤等關鍵部件)和瀋陽金屬所的一起發現 [7] 也證實了在同樣的Ti-Al-Nb多晶合金結構中,孿生變形亦被觀測到。

為了證明在單晶合金中也有同樣的孿生變形,科研組利用各種TEM技術觀測到如下圖a中的未經測試的α2 + γ 相層狀Al-Ti結構,在經過常溫拉伸測試後,因為孿生變形的影響變成了圖b中更精細,層間距(文中也稱厚度)更小的微觀結構。

而通過高解析度TEM,科研組更是觀察到了變形過程中生成的三個孿生晶界,分別為γA γB和 γC 之間的三個晶界。如下圖所示。

那麼這裡這些納米級孿生變形是怎麼出現的?

首先,由於材料本身的結構問題,金屬結構在堆垛時,並不會嚴格的按照堆垛順序,所以就產生了堆垛層錯。在材料的塑性變形的過程中,位錯首先從這些堆垛層錯中以位錯環(dislocation loop)的形式形核出來,這直接導致材料表面能的增加後,讓孿晶面的生長變得更為容易。其次,文中指出合金成分中的鈮有效地降低了層錯能(stacking fault energy),增加了超級位錯的移動性,這更使得更小層級的位錯能有效地在晶體內部移動;而與此同時,由位錯環誘發形成的孿晶面又很有效地阻止了位錯進一步在晶體內的移動。

也就是說,合金結構中的Nb摻加,讓超位錯能更好地在晶體內移動,直接結果便是材料的延展性能大大替升;而同樣也是Nb的摻加,讓晶體內部結構精細的納米孿晶面更容易形成,形成的孿晶面又有效地阻止了位錯進一步在晶體內的移動。這兩者作用的耦合,讓我們看到了該合金在拉伸屈服強度和延展率上的質的提升

那麼看完了室溫下的表現,高溫下的表現同樣出色。文中給出了下面的圖表總結了高溫測試的性能。可以看到,即便是在900°C的高溫下,定向凝固的單晶合金亦然保持了637 MPa的高拉伸強度!這是連科研組都表示驚訝的事情,文中一連用了「surprisingly」和「unprecedented high-temperature
performance」
兩個詞來表示發現的重要性。相比之下,傳統多晶的同系統合金工作溫度只能在650°C-750°C這個區間(下圖中粉紅色的區間),而這次報導的新材料,工作溫度是絕對可以達到900°C的(下圖中最右側藍色漸變區間)。

至於上圖中高溫下延展率的大幅提升,我們可以輕易推斷出是因為高溫造成的位錯勢能增加而讓其移動性進一步加強的原因,但總體而言高溫下微觀結構的變形也被證實與常溫下的變形機理差異不大。下圖則展示的便是陳教授的科研組拍攝的在900°C下測試中的合金微觀結構,孿生變形與位錯環清晰可見,與之前的理論相符合。

為了進一步分析塑性變形機理與微觀結構的關係,陳教授團隊進而分析了加工硬化率與真應力-真應變曲線圖,從而找出了在形變過程中瞬時的變形機理轉換。下圖左是在常溫下的加工硬化率與真應力-真應變曲線圖,下圖右則是在900°C下的加工硬化率與真應力-真應變曲線圖。通過對比明顯發現,加工硬化率,即這一反應瞬時變形的重要參數的曲線,大體分成A,B,C三個部分,結合上面的微觀結構分析,他們得出結論:

  • ·
    A階段,PST合金的加工硬化率持續下降,是由於一開始的超位錯開始移動,這階段的塑性變形機理主要是位錯滑移主導的塑性變形(dislocation-slip-dominated
    deformation)

  • ·
    B階段,PST合金的加工硬化率持續上升,是由於孿晶面已經形成,位錯的自由度降低,沒有辦法自由移動,這階段的塑性變形機理主要是孿生變形控制的塑性變形(twinning-controlled
    plastic deformation
    ;

  • ·
    C階段,PST合金的加工硬化率急速下降。變形機理重新變成A階段的錯滑移主導的塑性變形。

看完了最基本的拉伸性能,再來看對於民用航空發動機葉片最要命的抗蠕變性能。下面這張圖非常經典,陳教授等人直接拿了現在上文提到的GEnx引擎中運用的合金(簡稱4822合金)進行對比,藍線是4822的蠕變抗力,紅線是PST合金。

簡直秒殺4822

我們看到在100MPa蠕變應力的作用下,4822合金挺了不超過90個小時便失去了工作狀態,更不要提其在150/210 MPa的蠕變應力作用下,只堅持了可憐的5.5和1.5個小時……(沒錯就是右上角的圖,由於在大圖中太貼近Y軸看不清還得被特意放大……)反觀PST合金,100MPa蠕變應力下是多少?線沒畫完……但已經超過了800小時,48829倍之多。150/210
MPa蠕變應力狀態則更是達到了約350和100小時的驚人成績,4882的約70倍之多。這裡給出在陳教授團隊附錄中的表格,裡面有詳細的測試數據。

第二階段小結:文中涉及到的室溫/高溫(900°C)下的拉伸強度、延展率、蠕變速率性能,都比4822合金優秀

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到目前為止,這篇文章主要的技術部分思路我算是理了一遍,剩下的則是這個新材料對應用和對我們的啟示——也是第三部分的內容。這個可以說得很深遠,而且也涉及到這個單晶合金的爭議性,等我詳細整理一下思路再發上來。

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參考文獻:

1. Bewlay, B. P., Weimer, M., Kelly, T.,
Suzuki, A. Subramanian, P. R. The Science, Technology, and Implementation
of TiAl Alloys in Commercial Aircraft Engines. MRS Proc.1516,
mrsf12–1516–jj02–01 (2013).

2. KIM, M. C. et
al.
Composition and growth rate effects in directionally solidified TiAl
alloys. Mater. Sci. Eng. A. Struct. Mater.239-40, 570–576

3. JUNG, I. S.,
JANG, H. S., OH, M. H., LEE, J. H. WEE, D. M. Microstructure control of
TiAl alloys containing β stabilizers by directional solidification. Mater.
Sci. Eng. A. Struct. Mater.
329-31, 13–18

4. Bramfitt, B.
L. The effect of carbide and nitride additions on the
heterogeneous nucleation behavior of liquid iron. Metall. Trans.1,
1987–1995 (1970).

5. Burgers, W. G. On the process of transition of the cubic-body-centered
modification into the hexagonal-close-packed modification of zirconium. Physica.1, 561–586 (1934).

6. F. Appel, M. Oehring, and
J. D. H. Paul, 「A novel in situ composite structure in TiAl alloys,」 Mater.
Sci. Eng. A
, vol. 493, no. 1–2, pp. 232–236, Oct. 2008.

7. G. L. Chen and L. C. Zhang,
「Deformation mechanism at large strains in a high-Nb-containing TiAL at room
temperature,」 Mater. Sci. Eng. A, vol. 329–331, pp. 163–170, Jun. 2002.


作為一個材料科學方面的科研工作者,我也來說幾句。

我的方向是無機四族半導體材料,硅-鍺-錫系統合金材料,單晶。說是合金實際上它們是半導體,算不得真正的金屬。題目所討論的材料偏冶金方向了。

有些人啊,就是看不得中國好還是怎麼的?(如果有戰忽局的朋友被誤傷的話就先在這裡賠禮了)

最早,噴中國造不出自己的航空發動機;(幸虧殲6什麼的造出來幾十年了,否則會噴中國造不出自己的飛機)

然後,造出來了太行發動機,就噴中國的航空發動機性能不穩定、壽命短;

現在在發動機葉片的高強度合金材料上取得了很大的進展,就噴這只是實驗室結果、沒有量產、沒有商業化,跟美國的商業化的葉片金屬材料做比較不客觀……

飯要一口一口地吃,路要一步一步地走,這個速度已經算快了。

這篇文章發在Nature Materials, 是Nature的子刊,影響因子多少呢?38.891!!!尼瑪比Nature的正刊(38.138)還要高那麼一丟丟啊!難道Nature的審稿人和編輯都是吃白飯的么?如果這項研究沒什麼價值能刊發出來么?

還有人說「美國軍方肯定有比民用品更好的材料」。這一點我不反對,最好的材料肯定是先給軍方用,而且有些可能還是保密的,不一定會拿出來發表。但是我們可以從兩個方面看:首先審稿人必定是這方面世界級的專家,即使軍方有保密,這個方向世界領先水平是怎麼樣的,大家心裡都明鏡一樣,不可能說美國軍方掌握著從外星人手裡得到的黑科技,領先民用水平一百年。其次,如果有人說拿咱們的實驗室樣品和GE的商用葉片材料比較,勝之不武,那我請你仔細看看高票答主貼的數據。就看900攝氏度下的蠕變壽命。咱們的新材料在150MPa下堅持了363小時。GE的商用材料堅持了5.4小時。這是將近70倍。如果說咱們的實驗室材料比GE的商用材料高兩三倍,你說這麼比不行,勝之不武,我同意。這差了70倍了,還說明不了問題么?

這篇文章除了做出的材料確實牛逼,還有一點好就是把它為什麼牛逼解釋清楚了,用了不少電鏡的顯微圖像,結合晶體學和固體物理的理論,解釋得很明白。他們的研究是通過理論與實際結合,計算出了生長高強度晶體結構所需要的條件,然後在實驗中實現了。有人說只要砸錢花時間就能做出來,實際上這是把材料科學想得太簡單了。這不是在廚房做baking混合麵粉、糖、牛奶,是要在原子的尺度上形成某種排列,在宏觀上實現高強度,而且這些原子在自然狀態下還不太願意那樣排列,得「連哄帶騙」「威逼利誘」地才能實現。他們的具體實驗條件肯定沒透露,這都是保密的,千金不換啊。

最後,如果有人有時間,推薦齊橙的兩篇工業黨穿越網路小說,《工業霸主》和《材料帝國》。以我的知識水平看來裡面沒有多少硬傷,情節也不錯(沒什麼男女感情戲,不過男主都會和計委/發改委副主任的女兒搞曖昧我也是無語。。。。《材料帝國》里最後貌似沒推倒也挺遺憾。。。。)


在低壓區用陶瓷基、鈦基等輕質材料替代鎳基是大家的共同目標,現在已經突破到低壓渦輪最後一級了。

可喜可賀。


感覺這是好東西啊,最高承溫900℃,也就是1127K,正如新聞中所說,可以用於民用渦扇發動機的高壓壓氣機和低壓渦輪葉片。因為在民用渦扇發動機中,高壓渦輪前溫度不如軍機的高,而這兩個部件所承受的溫度僅次於高壓渦輪。

拍自課本《航空發動機結構分析》


上過陳光老師的課,去年就出來了只是沒有對外宣傳。陳光老師很會吹牛,但是人家本來就是金屬間化合物大佬,是niubility,哈哈。

另:我南理工終於有點動靜了,哈哈哈。


談談兩點個人感受:

1、從發布會現場的布置和規模來看,不像是一個國家級重大專項突破應有的感覺,倒像是科研單位或者院校本身為了宣傳成果或者爭取項目經費所自行召開的成果說明會。

2、所謂的超過幾個數量級的對比目標是指美國現役的發動機產品,但是大家都知道航發研發周期相當長,成品所使用的材料技術可能都是當年早期的技術了。而我們這隻還是個研究成果,還沒離開實驗室投入工業化生產,再到最終航發投產服役還需要多少年的時間?還是任重道遠啊……

3、我想知道同時期米國佬實驗室里的那些黑科技又會高出多少個數量級?

純屬個人非專業觀點,也希望新聞是真實信息,願咱們國力越來越強…

感謝 @張克明提供新的說明:南京理工大學:科學來不得半點誇大


鈦合金用於渦輪葉片是個新領域,大家都在同一個起跑線上,中國在鈦合金3D列印技術上已經是世界領先水平了,一度有新聞說要承包F-35鈦合金機體的製造工作,成本低性能好,受到了美國軍方的認可。中國由於鎳基高溫合金上落後,對鈦合金葉片的研發投入是很大的,做出領先的東西來並不奇怪。

只不過對於我來說並不是一個好消息,鈦合金的應用進一步壓縮了鎳基高溫合金的應用範圍,而一級渦輪葉片又因為金屬材料在高溫下力學性能急劇下降受限,陶瓷基複合材料葉片也在快速的研究中,成果顯著,發展也很快。高溫力學性能已經超過了鎳基高溫合金,解決幾個缺陷之後應該不需要多久也能實現地面試車了。

如果家裡沒有關係進入三所三廠的話,建議就不要報考高溫合金專業了,就業是個大麻煩。

鈦合金是個比較有前景的合金,在航空、醫療等領域,應用越來越廣泛。


更好的航空發動機 靠高溫鈦合金行嗎?

沒提阻燃性能,即使溫度900度下力學性能不錯,鈦火問題解決不了,也不會應用。


我校被我這樣的水貨拖累多年之後,終於在主業上屌了一次


如果能早日應用到航發製造中來,這簡直是一項了不起的事情。國產航發要想造出來,靠的並不是整天追求智能製造3D列印這些尖端技術,我們需要的是打好基礎,紮實去走GE PW走過的路,而追趕的過程就是要靠這樣的突破性創造。


戰忽局工作的重大失誤(霧)


先把葉片做出來再說,國產葉片次品率高的令人無語,都快趕上用黃金做了。。。實驗室是一回事,工業大規模生產又是另一回事。

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你們喜歡算上冶金成本,加工成本,研發成本和一個不可能用來做葉片的材料比,隨你們嘍。你們認為稀有金屬比貴金屬貴隨你們嘍,你們認為耐高溫,高壓,高應力,高腐蝕性的材料以天朝的工藝次品率低隨你們嘍,你們認為美帝幾十萬員工,花幾百億美元建的工廠,上千億投入的研發周期,幾十年的技術累積,就被中國各種幾百人的各個研究所,研究院「完爆」隨你們嘍。客觀事實不會隨人的意志而改變,你們喜歡意淫就去意淫吧,我也不會再回復你們了,你們高興就好。


這有啥好驕傲的

無非是改領域有希望從世界墊底水平挪到倒數第三,人均科技含量就更低了


怎麼辦怎麼辦,隔壁超算這邊又是航發,噴不過來呀!

好方好方???


竟然是我們南理工的新聞,excited


沒想到陳光教授是西工大材料校友。

陳光教授在群里表示,離應用還有一段距離,還有很多工作要做。

看來接下來就是工程化的事了!

~~~~~~~~~~~更新一下~~~~~~~~~~~

論文沒看。

不知道現在成熟度處於什麼階段。如果是已經工程化,那麼對發動機而言肯定是重大突破。如果還處於實驗室階段,那可能還有很長的路要走。

南理工作為高校,估計沒有工程化能力,最終材料在發動機上能否應用,還需要開展大量的研究,比如全面性能研究、批次穩定性研究、工藝性研究,最後還要通過裝機考核等等。

國內有諸多的科研成果,都是停留在論文層面上,沒有實現工程化。原因主要有幾點:經費支持不夠,工程化本身難度大或者成果本身是忽悠。

總之,持謹慎樂觀態度。


應該沒那麼快提高一個檔次。一個是整體性能的問題,一個是產業化的問題。整體性能方面,材料性能好了只是一個方面,還需要與結構,製造工藝和精度匹配,才能使材料發揮最佳性能。材料的測試,並不能完全模擬結構件的應力應變和環境狀態,製造工藝記得有評論說過,一個鉚釘一次性成型就是一萬一顆,多層材料釘在一起,工藝和精度更為重要了。類似水桶短板效應吧。國外整體技術高,就算材料沒有我們先進,飛機壽命也足夠了。產業化則需要克服工藝、成本等因素了。


作為曾經的一名航空人,首先對兄弟院校取得發動機材料上的突破感到很欣慰,但是要說使航發的壽命高於米國1~2個數量級有些誇張了,航空發動機的壽命相關性最大的還是製造工藝,用一種相同的材料加工出來的渦輪葉片,咱們的可能就存在葉片掉塊,裂紋現象,同樣是焊接,咱們的精確度,同軸度就達不到,導致磨損超差,壽命減少,這種差距是上百年的工業積累,再看一下現在有多少人還能紮實的在一線崗位搞研究,眼高手低是通病!崗位歧視是問題!材料突破是一個方面,更待需要解決的問題還很多!


開心,別問為啥,就是開心


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