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粉末高温合金已广泛用于航空航天军事等领域

发布时间：2014/5/6 0:17:37

    在航空发动机的制造中，粉末高温合金因其合金化程度高，弥补了传统的铸锻高温合金铸锭偏析严重、热加工性能差、成形困难等难点，主要用于涡轮盘、压气机盘、鼓筒轴、封严盘、封严环、导风轮以及涡轮盘高压挡板等高温承力转动部件，其中高性能发动机*关键部件之一的涡轮盘件制造技术已成为航空发动机的标志之一。目前，超塑性等温锻造的粉末高温合金涡轮盘已用于西方许多军用飞机发动机（这是第四代乃至更高性能的先进飞机的必要条件）。

    在国内，一直以来大吨位挤压设备的缺乏使得挤压+超塑性锻造工艺无法实施，近期北重集团3。6万吨黑色金属垂直挤压机的建造则意味着迈进了重要的一步。加上去年年度镍基单晶高温合金（单晶体的晶界*少，从而可以达到高度的抗蠕变性能，因而高温合金的单晶体铸造是西方国家高技术出口管制中的重点技术之一）的进展，意味着高推重比的航空发动机制造有了一定的材料基础。

　　粉末高温合金的研究已有约半个世纪，美国、俄罗斯、英国、法国、德国、加拿大、瑞典、中国、日本、意大利、印度等都曾开展研究，但只有美国、俄罗斯、英国、法国、德国等实现了产业化，而这其中在第三代粉末高温合金开发中相对成熟的只有美国、法国和英国——“巧合”的是，美国和法国分别设有波音和空客的总部，而美国和英国则是全球三大航空发动机制造企业所在地：美国的通用电气公司（General Electric Company，GE）是世界上*大的提供航空技术和服务跨国公司，与美国的普拉特•惠特尼联合技术公司（Pratt & Whitney A United Technologies Company，P&W）（通常简称普惠）、英国的罗尔斯•罗伊斯公司（Rolls-Royce，RR）（通常简称罗罗）几乎垄断了大飞机发动机的整机制造。

　　美国通用电气与法国斯奈克玛公司合资生产的CFM56系列发动机、美国普惠和英国罗罗公司牵头组建的IAE公司生产（德、意、日企业也参与合作）的V2500系列发动机仍占据主流民用客机（120－200座级）发动机的主导；英国罗罗在波音B747、波音777、空客A380等座级更高的大飞机上发动机占据主导，而美国普惠则在低座级支线飞机发动机上占据主导。

这种“巧合”背后的原因，或许会给我国的航空发动机发展以更多的启发。国外的经验表明，航空发动机的典型研制周期约为8－14年，其使用寿命约为30年；也就是说，航空发动机的发展是一项需要长期、持续投入的、坚持不懈的开发工作（这或许也是CFM公司副总裁在解释向中国C919提供发动机时说“短期内，中国自主研发的发动机不会对CFM构成威胁”的底气），我国“太行”发动机的开发历时18年，也说明了这一点。

加上航空发动机的研制需要高昂的投入（尽管发动机大小型号不同、研制条件有所差异，但国外研制经费的数量级一般为10亿美元的级别），所以航空发动机的发展依赖于国家的稳定繁荣——苏联的大飞机发动机生产能力也曾处于世界*，但其解体的俄罗斯在航空发动机研制上一度延缓、搁置，使其目前很难再与美国通用、美国普惠和英国罗罗公司相抗衡；而在第三代粉末高温合金的研究中，俄罗斯已落后于美国和法国。

　　同时，航空发动机的发展离不用其应用终端——大飞机的发展：日本神户制钢公司曾于1984年建立100吨/年的粉末高温合金生产线，当时还装备了热等静压机和等温锻造机，但*终并没有得到实际的应用。从这点上看，新研制的大飞机验证依赖于成熟的发动机，而新研制的发动机验证依赖于成熟的机型；再加上军民用的大涵道比涡扇发动机技术（这是掌握大型飞机研制主动权的基础）的通用性很强（达70%左右），以及航空工业所需的预研、核心机开发和系列化发动机开发协同，所以整个航空工业的发展依赖于全面、系统的布局。

　　长周期、高强度的研制，源于飞机发动机的高温、高压、高转速、高负荷运行特点（比如英国罗罗为A380生产的涡扇发动机，内部*高温度近太阳表面温度的一半，内部压力达到50个大气压，涡轮叶片的转速达到2000公里/小时），这造成了设计、材料、工艺、测试的复杂性。以前述的粉末合金为例，其冶金工艺控制复杂、成本高、易氧化污染，陶瓷夹杂和原始颗粒边界等缺陷都会影响合金质量和稳定性，所以这方面的发展只能依赖于国内长期的、高质量的研发“厚积”，才能“薄发”出世界先进乃至*水平的成果。

　　再比如，美国普惠在在20世纪70年代开发F100-PW-100发动机时，由于单纯注重发动机的性能而忽略了可靠性、耐久性和维护等方面，一度使美国空军的F-15、F-16战斗机处于停飞状态，后来经一系列的改进才使得F100-PW-220发动机改装到F-15和F-16战斗机上。通用电气在研制F110发动机时，吸取了美国普惠的教训，从而使得可靠性和耐久性在投入使用时就得到保证，这也都是历史的经验教训。

　　所以，作为技术水平*高、核心技术门槛*严格、涉及理论*高深、整体结构*复杂的航空发动机，其研究开发给整个工业所带来的启示，绝不仅仅限于技术外溢本身——尽管发动机研制的技术外溢本身已经足以带动新材料、现代制造、先进动力、电子信息、自动控制、计算机等领域关键技术的群体突破，拉动众多高技术产业的发展。