锅什么铲,一概不知,
所以我们看着一道道好菜,也只能流口水。
学术点说,就是不同的原子按照特定的规律排列,我们能分析出原子的排列分布,但不知道怎么样才能让原子按这样的规律去排列。
知道劳斯莱斯吗?
其实他们做汽车是闲着玩玩的,最牛的技术是航空发动机,同水平的公司全球仅三家,另外两家是美国的通用和普惠。
材料对技术的限制有多严重?
仅以机床为例,
机床是削金属的工具,精密的机械结构都是靠削出来的,只有削出来的部件才能保证精度。
机床对于工业,就像纸笔对于学生。
高速加工时,主轴和轴承摩擦会产生热变形,导致主轴抬升和倾斜,从而影响机床的加工精度,
另外,刀具在加工材料时必然会有磨损。
正因为这点加工精度的影响,使得大量的国产设备,即便采用更精巧的设计,性能仍然落后一截。
以咱们这几年疯狂的投入,几乎没有什么折腾不出来的。
大学时听老师说,F16的发动机图纸,早早就有了;
中科院可以扫描出最先进芯片上所有的设计细节;
如此等等。
唯独材料,将庞大的技术积累,死死卡在瓶颈上!
大部分所谓的核心技术,归根结底,就是材料!
不过话说回来,中国怎么说也是五大常任理事国,并非一无是处,
如果不要求第一,只要求前五的话,还真没啥不会的技能。
2016年6月,一则《中国航空发动机材料重大突破,寿命优于美国1~2个数量级》的新闻让许多人一阵骚动,
大意是「高温PST钛铝单晶」取得重大突破。
但只能说「进步很大,但差距依然不小」。
简单解析一下:
材料制备,本质上就是让原子按某种规律排列,高雅一点叫:定向结晶。
这和兵法阵形差不多一个概念:让原子排列的方向,全部对着受力方向,这样的金属叶片强度就高。
但是高温下,金属都会热胀冷缩,经这么一折腾,阵形就乱了,高雅一点叫:高温下的合金蠕变。
新闻里的PST钛铝合金,属于比较主流的发动机叶片材料。
不同之处在于,合金结构里加了金属铌,这可不是撒胡椒粉那种加法,加铌是很讲究的。
铌有啥用呢?
这阵形的主力士兵是钛铝原子,
在阵形的关键位置,安排了铌原子这个传令兵,士兵就不怕走散,可以分开的距离就更大一些,在材料上表现为延展性能的提升。
同时,这个传令兵也不会让士兵分的太远导致阵形溃散,他会把士兵控制在一个有效范围内,这在材料上表现为拉伸强度提升。
PST钛铝合金在900度下抵住了637兆帕的高拉伸强度,什么概念呢?
「这简直屌炸天了!
」这话可不是我说的,而是一位不愿意透露姓名的材料学家说的。
这里,我们来和美国波音客机GENX引擎中的合金(简称4822合金)来对比一下蠕变抗力,比一比谁更牢固。
在100Mpa的压力下,波音不到100小时就挂了,咱们的PST超过了800小时还没挂。
在150Mpa的压力下,波音抗了5个多小时,PST抗了350小时。
在210Mpa的压力下,波音抗了1个多小时,PST抗了100小时。
这就是新闻上说的比国外先进2个数量级的那个参数。
在钛铝合金这块,咱们算是熬出头了。
为啥还说差距依然不小?
但凡上天,减重自不用多说,
原则上,叶片重量越轻、强度越高,越好。
所以发动机会根据不同级别叶片的工作环境,采用不同的材料,尽量降低发动机重量。
钛铝合金和镍基合金,前者轻但不牢靠,后者牢靠但重,两者密度相差一半。
刚刚说的PST合金可以耐900度,通常认为气膜冷却还能贡献400度,隔热涂层能贡献100度,这样算下来,这个叶片的工作温度估计能到1450度,这基本可以搞定三代发动机。
拍着脑门想想,如果现有的三代发动机全用PST替换,这画面真是不敢想,绝对身轻如燕,搞不好推重比全都超过10了!
就连美帝也得哭!
但是,在1000度条件下,PST拉伸强度下降到238MPa,很快就被扭成麻花了。
所以四代发动机,只能用在压气机和低温涡轮那里,在温度最高的那块地方,核心的高压涡轮那里还是够呛。
比如,美帝有款发动机的高压压气机共9级,前3级钛合金,后6级镍基,这6级基本可以用PST替换,
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