兼具金属与陶瓷优点的涡轮叶片材料

       新材料已经通过硬件飞行验证，在2014年9月底，定制的钛铝叶片安装在了一架A320neo的齿轮风扇（GTF）发动机上进行了首次试飞，并于12月取得认证。使用新材料制作的叶片安装在高速三转子低压涡轮的第三级转子上。

       目前，公司的专家正在开发一款增强的钛铝合金，旨在利用新材料制造涡轮的其它级转子。新材料带来的一个环境优势就是钛铝合金减少发动机制造中的资源消耗，降低油耗，比现有发动机更清洁且更安静。多年来，MTU的专家一直在思索如何激发钛铝基金属间化合物用于航空发动机的巨大潜力。在力学性能方面，这种材料与镍合金几乎相同，但是其密度更低而熔点更高，抗蠕变强度比钛合金高许多。这些性能归结于合金的特定组成以及为此专门开发的多种热处理方法。

       钛铝涡轮叶片比镍合金组件轻一半，但是可靠性和耐久性相同。而且，高的铝含量让材料抗氧化、抗腐蚀、据MTU称，钛铝因此成为了高温高压极端条件下用于高速低压涡轮等组件的理想候选材料。MTU先进材料专家韦弗瑞德?斯玛什利表示：“我们在开始齿轮风扇低压涡轮的工作之时就一直在钻研钛铝的使用。”MTU的首席运营官表示雷纳?马滕斯表示：“一款新材料的开发需要大约20年，在这钟全新材料的开发和生产成熟化上，我们只用了7年。”

       钛铝能够实现发动机组件减重，这为设计师开辟了新天地。以往，涡轮盘和轴上作用的离心力大，需要由重的镍合金制造从而具有足够质量。而使用了钛铝叶片后，这些离心力就大大减小。因此，盘的设计可以面向更轻质而进行优化，每一点减重都将提升燃油经济性，减少二氧化碳排放。

       在GTF中使用轻质材料的最大障碍是它们的成形制造极为困难。在此之前，使用常规、经济可承受的方法锻造涡轮叶片是不可能完成的任务。MTU的开发合作伙伴、奥地利莱奥本大学的物理冶金与材料测试系主任海尔姆特?克莱门斯表示：“我们进行了热动力计算以确定最佳的锻造温度范围和金相组织。”随着新材料从先期研发进入新一代动力装置的生产，钛铝的应用正在越来越广泛。（中国航空工业发展研究中心刘亚威）