航空发动机不可或缺的材料:高温合金

航空发动机不可或缺的材料:⾼温合
抗震支架重量⾼温合⾦材料凭借优异的抗氧化和抗热腐蚀性能在航空发动机、汽车发动机、燃⽓轮机、核电、⽯油化⼯等多个领域⼴泛应⽤。
特性
所谓⾼温合⾦,即能在600℃以上⾼温及⼀定应⼒作⽤下长期⼯作的⼀类合⾦。⾼温合⾦材料相⽐于传统⾦属,在性能上具有⾼温⾼强;良好的抗氧化和抗热腐蚀性能;良好的抗疲劳性能、断裂韧性、良好的弹塑性。
分类
⾼温合⾦⼤体上有三种划分⽅式:根据基体元素种类、根据合⾦强化类型和根据材料成型⽅式。
⾼温合⾦分类
制备⼯艺
⾼温合⾦产品以⾮标准化为主,因此⽣产⼯艺较为复杂,但基本可以可分为三个步骤:熔炼、铸造和热加⼯,粉末冶⾦⼯业则将铸造⼯艺替代为热压。
各种⾼温合⾦的⼯艺⽣产流程
应⽤
⾼温合⾦凭借优异的抗氧化和抗热腐蚀性能在航空发动机、汽车发动机、燃⽓轮机、核电、⽯油化⼯等多个领域⼴泛应⽤。
在众多应⽤领域中,航空航天仍然占据最重要地位,占需求总量的55%,其次是电⼒⾏业,占⽐达20%。
航空发动机
⾼温合⾦从诞⽣起就应⽤于航空发动机,在现代航空发动机中,⾼温合⾦材料主要⽤于四⼤热端部件:燃烧室、导向室、涡轮叶⽚和涡,此外还⽤于机匣、环件、加⼒燃烧室和尾喷⼝等部件。
⾼温合⾦在航空发动机上的应⽤
不同机型对⾼温合⾦需求预测
⾼温合⾦材料的⽤量占发动机总重量的40-60%,在先进发动机中这⼀⽐例超过50%甚⾄更多。
远程控制杀虫灯民⽤航空发动机
2016年7⽉11⽇,波⾳公司在范保罗航展⾸⽇发布最新版《当前市场展望》,预测未来20年全球需要39,620架新飞机,该数字较去年预测增加4.1%。
钕铁硼磁性材料2016-2035年全球民航飞机需求
由于不同机型的发动机所需的⾼温合⾦占⽐不同,根据测算,未来⼆⼗年全球民航各类型新机航空发动机,对⾼温合⾦的总需求为42.7万吨。
民航不同机型对⾼温合⾦需求
2016-2035年全球民航飞机⾼温合⾦需求
我国民航发动机市场也⼗分⼴阔,根据波⾳公司预测,到2032年,中国新增的飞机数量超过5580架,预计我国民⽤航空对⾼温合⾦的需求量将超过3.8万吨。
到2032年我国民航对⾼温合⾦需求预测
到2032年我国民航对⾼温合⾦需求预测蒸汽回收机
军⽤航空发动机
根据美国国防部预测的数据,预计未来20年中国战⽃机新增量将达到1430架、军⽤⼤飞机1500架、教练机500架,合计对⾼温合⾦需求量将达到5.7万吨。
另外,现有军机的维护和修理折算成发动机所需数量为2000台,对应的⾼温合⾦需求量达到1万吨左右。因此军⽤领域对⾼温合⾦的需求将达到6.7万吨。
未来20年我国军⽤机领域对⾼温合⾦需求预测
燃⽓轮机
燃⽓轮机是⾼温合⾦的另⼀个主要⽤途,其结构及原理与航空发动机类似。由于燃⽓轮机喷射到叶轮上的⽓体温度⾼达1300℃,因此叶轮需要⽤⾼温合⾦来制造。
燃⽓轮机结构⽰意图
燃⽓轮机的应⽤分为发电⽤燃⽓轮机领域和舰船⽤燃⽓轮机领域,主要以后者为主,在军⽤领域,有75%以上的海军主⼒舰艇采⽤燃机动⼒。
全球舰船⽤燃⽓轮机市场分布情况
对于全球燃⽓轮机⾼温合⾦市场⽽⾔,据罗罗公司2013年预测,未来⼆⼗年,作为舰船动⼒的燃⽓轮机的市场需求达到2700亿美元,相应的服务需求达1250亿美元,市场空间⼴阔。
我国⽬前⼤约只有10艘主⼒舰艇使⽤燃⽓机,国产舰船⽤燃⽓轮机的技术问题已经得到解决。我国海军有望形成3⼤近海舰队和若⼲航母编队的作战体系,预计将新增驱逐舰及护卫舰97艘左右,中⼩型舰艇200艘左右,预计对⾼温合⾦的需求量约为3.3万吨左右。
我国舰船燃⽓轮机对⾼温合⾦需求预测
汽车涡轮增压器
汽车废⽓增压器涡轮也是⾼温合⾦材料的重要应⽤领域。⽬前,我国涡轮增压器⽣产⼚家所采⽤的涡轮叶轮多为镍基⾼温合⾦涡轮叶轮,它和涡轮轴、压⽓机叶轮共同组成⼀个转⼦。
汽车涡轮增压器
据cnii报道,2015年我国新售乘⽤车中涡轮增压的配置率在31%左右,预计到2020年,我国乘⽤车涡轮增压⽐例将⾼达47%。涡轮增压汽车将从2015年的750万辆增⾄到2025年2300万辆,期间累计⾼温合⾦总需求10.6万吨,市值超200亿元。
钍燃料
2015-2025年我国汽车涡轮增压器⾼温合⾦需求预测
核电领域
放大器的放大
核电⽤⾼温合⾦包括:燃料元件包壳材料、结构材料和燃料棒定位格架,⾼温⽓体炉热交换器等,均是其他材料难以代替的。
根据钢研⾼纳2009年招股说明书,2010-2020⼗年间我国核电装机容量新增2300千⽡,在建1800万千⽡。对应⾼温合⾦需求6000吨,价值24亿元。
其他领域
⾼温合⾦材料在玻璃制造、冶⾦、医疗器械等领域也有着⼴泛的⽤途。
国内外⾼温合⾦⼚商概况

本文发布于:2024-09-22 20:30:39,感谢您对本站的认可!

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