Innenfor romfartskonstruksjonsmaterialer fortsetter metalliske materialer å dominere. Utviklede nasjoner som USA, Storbritannia, Tyskland og Japan leder verden innen forskning, produksjon, evaluering og anvendelse, med sofistikerte materialteknologisystemer og enorme systematiske databaser. Titanlegeringer, hyllet som det mest verdifulle strategiske metalliske materialet i det 21. århundre, er uunnværlige "ryggrader" for å fremme luftfart og romfart.
Da militærfly over hele verden gikk inn i den supersoniske æraen på midten av-20tallet, ble jetmotorer utbredt, noe som gjorde stål- og aluminiumskonstruksjoner foreldet. Titanlegeringer, med sine eksepsjonelle egenskaper, dukket raskt opp som et primært strukturelt materiale i romfart. Spesielt står titanlegeringer nå for en økende andel av avanserte flystrukturer, ofte over 20% i moderne flymotorer. Imidlertid utgjør deres iboende vanskeligheter med å behandle, som fører til alvorlig verktøyslitasje, dårlig overflatekvalitet og høye kostnader, en betydelig utfordring for utbredt bruk.
Forskning på mekanismene for verktøyslitasje og overflatekvalitet under skjæring av titanlegeringer, sammen med optimalisering av skjæreparametere, er av største betydning for fremdriften innen luftfart og romfart.
Høytemperaturlegeringer: Ryggraden i Aerospace Power
Høytemperaturlegeringer spiller en avgjørende rolle for å støtte utviklingen av romfartsmotorer. Kina har oppnådd betydelig fremgang i utviklingen av smidde superlegeringer, og har etablert et selvhjulpen system. Legeringer som GH4169, brukt under 650 grader, har sett kontinuerlige forbedringer i metallurgisk kvalitet og bruk, og støtter masseproduksjonen av tredjegenerasjons flymotorer. Nyere generasjoner av legeringer, som tåler temperaturer opp til 750 grader og mer, har blitt utviklet og brukt i fjerde generasjons flymotorer og kommersielle turbofanmotorer.
Støpe-superlegeringer, det primære materialet for aeromotorblader, har utviklet seg fra likeaksede til retningsstivnede og enkrystallstrukturer, noe som har forbedret deres temperaturegenskaper. Pulvermetallurgi-superlegeringer, karakterisert ved høy styrke, høye driftstemperaturer og lav veksthastighet for tretthetssprekker, har funnet utbredt bruk i avanserte turbinskiver for aeromotorer.
Ultra-høystyrke stål: styrken bak romfartskonstruksjoner
Ultra-høyfast stål, med flytegrenser på over 1380 MPa, er avgjørende i luftfarts- og forsvarsapplikasjoner. Materialer som 300M og AerMet 100, med styrker over 1930 MPa, brukes ofte i landingsutstyr for fly. Fe-Ni-basert maraging stål, kjent for sin eksepsjonelle styrke-seighetsbalanse, brukes i motoraksler og rakettmotorhus.
Forskning på ultra-høystyrke stål fokuserer på å forbedre motstanden mot spenningskorrosjon. Kina har utviklet 10Cr13Co13Mo5Ni3W1VE rustfritt stål, og overgår til og med internasjonale standarder i styrke og seighet, med lovende bruksområder innen romfartsutstyr.
Stål med lav tetthet og høy styrke, med høyt aluminiuminnhold og austenitiserende elementer, tar sikte på å redusere flyvekten og samtidig opprettholde strukturell integritet. DT510, et bemerkelsesverdig eksempel, har en 13,4 % lavere tetthet og 19,3 % høyere flytegrense sammenlignet med konvensjonelle stål.
Avslutningsvis er metalliske materialer, spesielt titanlegeringer, høytemperaturlegeringer og ultrahøystyrkestål, uunnværlige for utviklingen av romfartsteknologi. Pågående forskning og innovasjon på disse områdene vil fortsette å drive romfartsindustrien mot nye høyder.
