Siaradwch am gymhwyso aloi titaniwm mewn peiriannau awyrennau

Feb 07, 2022

Yn y 1960au, pan oedd y Deyrnas Unedig yn datblygu'r ymladdwr byd-enwog, un ergyd, fertigol esgyn a glanio "Harrier" P1127, roedd un o'i brototeipiau, XP972, ar daith brawf ar Hydref 30, 1962. Yn ystod yr hedfan prawf, roedd y llafn cywasgydd aloi titaniwm yn yr injan Pegasus a ddefnyddiwyd yn gwrthdaro â'r casin aloi titaniwm, gan achosi'r cywasgydd i fynd ar dân. (Gelwir y ffenomen tân hwn yn "dân titaniwm"), gan achosi i'r injan gamdanio a stopio, damwain yr awyren, a chafodd y peilot ei barasiwtio a'i achub yn llwyddiannus.

Ychydig flynyddoedd yn ddiweddarach, ar ddiwedd y 1960au, pan ddatblygodd Pratt & Whitney o'r Unol Daleithiau injan F100 gyda chymhareb gwthio-i-bwysau o 8.0 ar gyfer yr ymladdwr trydydd cenhedlaeth F-15 , yn ystod y broses gomisiynu, bu injan yn gwrthdaro â llafn aloi titaniwm cywasgydd pwysedd uchel a'r casin aloi titaniwm yn ystod rhediad prawf ar y ddaear, gan achosi i'r cywasgydd fynd ar dân ("Tân Titaniwm"), mae'r fflamau'n ymledu ym mhobman , ac yn y pen draw dinistriwyd yr injan gyfan mewn tân (Ffigur 2).

Ffigur 1. Cwympodd prototeip yr awyren "Harrier" oherwydd "tân titaniwm" yn yr injan yn ystod yr hediad prawf.

Y ddau fethiant mawr hyn oedd y methiannau cynharaf yn y byd a achosodd titaniwm i fynd ar dân oherwydd gwrthdrawiad dwy ran aloi titaniwm, ond ni chawsant eu cymryd o ddifrif ar y pryd, fel eu bod yn ymddangos yn ddiweddarach lawer gwaith mewn llawer o beiriannau. Yn ôl ystadegau ym 1979, yn y 17 mlynedd o 1962 i 1979, bu cyfanswm o 144 o ddigwyddiadau tân titaniwm mewn peiriannau hedfan yng ngwledydd y gorllewin, a llosgodd 59 ohonynt trwy'r casin cywasgydd.

Ar ddiwedd y 1950au, ymddangosodd aloion titaniwm y gellir eu defnyddio mewn peiriannau hedfan. Oherwydd ysgafnder yr aloi hwn, mae ei ddisgyrchiant penodol 40 y cant yn is na dur aloi (disgyrchiant penodol y ddau yw 4.5g/cm3 a 7.8g/cm3, yn y drefn honno), a 50 y cant yn is na nicel (y penodol disgyrchiant nicel yw 8g / cm3), ac mae ganddo ymwrthedd cyrydiad da. Gan fod gan beiriannau aero ysgafnder dangosydd pwysig iawn, mae aloion titaniwm wedi'u mabwysiadu'n eang yn gyflym mewn peiriannau aero.

Bryd hynny, defnyddiwyd aloi titaniwm wrth ddylunio injan cyn belled â bod amodau tymheredd yn caniatáu, gan gynnwys llafnau gweithio cefnogwyr a chywasgwyr, olwynion roulette, llafnau sefydlog, siasi a dyfeisiau selio.

Fodd bynnag, wrth ei ddefnyddio, canfuwyd oherwydd amodau annormal damweiniol yn ystod gweithrediad injan, bod dwy ran titaniwm (megis llafnau gweithio a llafnau statig, llafnau gweithio a siasi) yn gwrthdaro ac yn ddaear. O dan amodau pwysau a thymheredd amgylcheddol addas, bydd gwreichion yn cael eu cynhyrchu a bydd y rhannau'n llosgi. Gelwir y ffenomen hon yn "dân titaniwm." Unwaith y bydd y rhannau titaniwm yn mynd ar dân, mae'r broses hylosgi yn datblygu'n gyflym iawn. Dim ond ychydig eiliadau y mae'n ei gymryd i losgi'r llafnau a'r casin, ac mae graddau'r niwed yn ddifrifol iawn. Mae Ffigur 3 yn dangos llongddrylliad y llafn gweithio a losgwyd gan y tân titaniwm.

Ffigur 3. Llafn gweithio'r cywasgydd a losgir gan dân titaniwm

Digwyddodd y tân titaniwm nid yn unig rhwng y titaniwm a'r rhannau titaniwm, ond hefyd ar ôl i'r llafn titaniwm a'r casio dur gael eu rhwbio'n ddifrifol, llosgodd y llafn titaniwm, ac roedd y fflam hefyd yn llosgi'r casin allan o groove annular, fel y dangosir yn Ffigur 4. Yn yr injan, mae'r pwysedd llif aer a'r tymheredd yn y cydrannau ffan yn isel, nad yw'n hawdd cynhyrchu tân titaniwm. Felly, anaml y bydd methiannau a achosir gan dân titaniwm yn digwydd yn y gefnogwr.

Ffigur 4. Cafodd y casin dur ei losgi gan dân titaniwm, ac roedd arc ar goll.

Yn y 1970au a'r 1980au, roedd rhai injans enwog, MEGIS PW4000 Pratt & Whitney, CF6 a F404 GE, British Rolls - Royce's RB211, a HK 8, HK －86, HK －86, HK －86, Д{{8}, Д{{8}, HK yr hen Undeb Sofietaidd. } a АИ-25 i gyd WEDI methiannau tân titaniwm.

Yn ôl ystadegau Sofietaidd, rhwng 1977 a 1988 yn unig, bu mwy na 30 o ddigwyddiadau tân titaniwm ar beiriannau Sofietaidd megis HK－8, HK－86, Д－30 a АИ-25. Enghraifft arall yw'r injan F404 a ddefnyddir gan yr Unol Daleithiau ar gyfer yr ymladdwr GE sy'n seiliedig ar gludwr F/A-18. Oherwydd llafnau gweithio'r cywasgydd pwysedd uchel aloi titaniwm, bu'n gwrthdaro â'r casin aloi titaniwm, gan achosi i'r titaniwm fynd ar dân. Roedd y fflam nid yn unig yn llosgi trwy'r casin cywasgydd pwysedd uchel, ond hefyd yn llosgi trwy'r casin gorchudd allanol, gan achosi i'r injan fynd ar dân a llosgi'r awyren, gan achosi i Lynges yr UD golli 4 awyren F/A{-18 mewn un flwyddyn yn 1987. Mae hefyd yn injan CF-6 GE. O 1976, mae'r digwyddiadau tân titaniwm wedi digwydd yn barhaus, ac wedi cyrraedd uchafbwynt yng nghanol-1979. Roedd yna 14 achos o dân titaniwm mewn blwyddyn, gyda chanlyniadau difrifol.

Yn dilyn hynny, yn ogystal â chymryd camau i atal tân titaniwm yn y peiriannau sydd newydd eu datblygu, mae dyluniadau rhai peiriannau sydd wedi bod yn cael eu defnyddio ers blynyddoedd lawer hefyd wedi'u haddasu. Er enghraifft, newidiodd yr injan F404 y casin aml-gywasgydd pwysedd uchel o aloi titaniwm i gasin dur aloi, ac ar yr un pryd, newidiwyd casin allanol aloi titaniwm i bwysau ysgafnach PMR15 cyfansawdd deunydd. Ar ôl y gwelliant, cynyddodd pwysau'r injan 0.5 kg.

Mae'r CFM56, sef chwaer fodel y F404 (datblygir peiriannau craidd y ddwy injan o beiriannau craidd GE's F101), hefyd wedi'i wella yn unol â hynny. Yn wreiddiol, gwnaed siasi cywasgydd pwysedd uchel CFM56 o aloi titaniwm. Er mwyn atal y llafn gweithio aloi titaniwm rhag gwrthdaro â'r siasi ac achosi tân titaniwm, mae set o adrannau aml-haen cymhleth iawn sy'n gwrthsefyll traul a thitaniwm yn gwrthsefyll tân wedi'u hychwanegu at wregys cylch y llafn gweithio cyfatebol yn y siasi.

Ar ôl i F404 newid y casin titaniwm i ddur aloi, ym 1978, newidiodd CFM56 hefyd gasin y cywasgydd pwysedd uchel o aloi titaniwm i ddur aloi. Ar yr un pryd, newidiwyd casin allanol yr aloi titaniwm hefyd i ddeunydd cyfansawdd PMR15. Gostyngodd y gwelliant hwn nifer y rhannau injan 140 darn, ond cynyddodd y pwysau 5.64 kg.

Yn ystod cam cychwynnol peiriannau cyfres CF6 GE, gwnaed y casin cywasgydd pwysedd uchel o aloi titaniwm, ond ers 1979, defnyddiwyd dur aloi yn lle hynny.

Many engines in the Soviet Union also changed their titanium alloy parts materials to alloy steel a few years after they were put into use. For example, the grade 6 working blades and static blades of the high－pressure compressor of the HK-8 engine were originally all made of titanium alloy, but since 1987, the Grade 4 to 6 static blades (operating temperature exceeds 300℃) have been replaced with alloy steel. In the original design of the HK－86 engine, the 6-stage working blades and static blades, grate ring and static sealing ring of the high-pressure compressor were all made of titanium alloy, but since 1981, 4 to 6 sets of static blades (operating temperature>300 gradd), cylch grât a chylch selio i gyd wedi'u disodli gan ddur aloi.

Yn wreiddiol, gwnaed llafnau shizuko gradd 4-6 cywasgydd pwysedd uchel injan A4－25 o aloi titaniwm, ond ar ôl y 1980au, maent wedi'u newid o aloi titaniwm i ddur aloi. Yn nyluniad gwreiddiol y cywasgydd pwysedd uchel ar gyfer yr injan A30, ac eithrio'r dur aloi ar gyfer llafnau statig y 10fed cam, defnyddiwyd yr aloi titaniwm ar gyfer gweddill y llafnau statig ar bob lefel. Yn yr 1980au, mae'r 5ed i'r 9fed grwpiau o lafnau sefydlog a'r cylch drwm rhwng yr olwynion ar ôl Cam 4 i gyd wedi'u disodli gan ddur aloi. Dur.

Bydd gan rannau aloi titaniwm ofynion arbennig mewn prosesu a gweithgynhyrchu hefyd. Pan brosesudd ein gwlad y swp cyntaf o lafnau ffan aloi titaniwm, daeth ar draws methiannau prosesu digynsail.

Proses olaf llafn y gefnogwr yw sgleinio corff y llafn. Y caboli fel y'i gelwir yw pan fydd y llafnau'n rhwbio yn erbyn ei gilydd ar olwyn sgleinio cylchdroi cyflym, ac mae wyneb y llafnau wedi'i sgleinio nid yn unig i fodloni gofynion maint y dyluniad, ond hefyd i wneud yr wyneb yn llachar. Pan fydd y llafn wedi'i sgleinio, mae wyneb y llafn a'r olwyn malu yn rhwbio yn erbyn ei gilydd, a fydd yn cynhyrchu llawer iawn o mars luminous, a fydd yn cael ei chwistrellu ar y ddaear fel tân gwyllt yn awyr y nos. Pan fydd y llafn dur wedi'i sgleinio, mae'r mars hyn yn cael eu chwistrellu i lawr, eu hoeri gan yr aer, yn newid yn raddol o goch i lwyd, ac yn olaf yn troi'n sglodion du gyda thymheredd is, na fydd yn cael unrhyw effeithiau drwg ar y rhannau wedi'u prosesu. Felly, yn y gweithdy caboli llafn, mae'r blwch rhannau aml-adran sy'n cynnwys y llafnau yn cael ei osod yn gyffredinol o dan yr olwyn sgleinio. Mae'r llafnau sydd ar fin cael eu sgleinio a'r llafnau sydd wedi'u sgleinio yn cael eu gosod yn y gofod lle mae'r llafnau'n cael eu gosod, ac nid yw top y llafnau wedi'u gorchuddio â chaead.

Pan wnaethom brosesu'r swp cyntaf o lafnau ffan aloi titaniwm, fe wnaethom ddilyn yr hen arfer. O ganlyniad, pan anfonwyd y llafnau ffan i'r adran cydosod cydrannau, canfuom fod yna bwyntiau abladiad lluosog ar wyneb llawer o lafnau, a oedd yn ddryslyd. Ar ôl dadansoddi ac archwilio gofalus, darganfuwyd y dirgelwch.

Mae'n ymddangos, pan fydd y llafnau aloi titaniwm yn cael eu sgleinio, mae'r mars a gynhyrchir gan y naddion, yn ystod y broses o ddisgyn, yn amsugno ocsigen o'r aer yn barhaus, gan wneud y mars yn fwy ac yn fwy, ac mae'r tymheredd yn uwch. Pan fydd y mars tymheredd uchel hyn yn tasgu ar wyneb y llafnau a fewnosodir yn y blwch rhannau, mae rhai pwyntiau abladiad yn cael eu hachosi. Ar ôl canfod yr achos, gosodwyd caead ar y blwch rhannau lle gosodwyd y llafnau, a oedd yn datrys y broblem fawr hon.