此次进行疲劳试验的关键构件是由我国自主研制的航空发动机主轴承,在试验器上等效加速试验疲劳寿命5万小时未失效,创造了我国新的纪录。

北京航空材料研究院高级工程师 汤春峰:飞机要飞几千小时上万小时,如果轴承出了故障,发动机就不能使用了,它是发动机的中枢。试验模拟了航空发动机的工作状况,到目前为止,已经试验加速等效寿命5万小时还未失效,试验还在进行当中。

商用航空发动机的主轴承位置


北京航空材料研究院研究员 中国工程院院士 赵振业:我们的抗疲劳制造技术,几乎所有的关键构件都可以做。装备的寿命和可靠性都是拿关键构件来体现的,有了关键构件,就可以做高端装备。所以中国的制造技术整个面上的提升,达到三个极限,极限寿命、极限可靠性、极限减重,也就是说处于国际领先水平。

所谓疲劳,是指材料在循环应力和应变作用下,在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。通俗讲,好比一根铁丝,经过反复折弯后,就会发烫,直至断裂,这就是疲劳所致。

“成形”制造技术,是世界第一代工程制造技术,已传承百年,它追求的是“形位精密”,目标是向“近无缺陷”方向发展,但没有解决疲劳问题,导致关键构件存在着寿命短、可靠性差和结构重等突出问题。

关键构件,是高端制造的核心,主要包括传动构件,如齿轮、轴承等;转动构件,如叶片、轮盘等;以及主承力构件起落架、对接螺栓等。长期从事航空材料研究的赵振业院士认为,关键构件是设计、制造和材料三个技术体系的集成,其基本特性是:决定装备主要功能,体现寿命与可靠性,失效酿成灾难性后果,疲劳是主要失效模式。

二十世纪六十年代,美国把双真空熔炼技术引入齿轮钢,解决了传动系统的关键难题,他们制造的航空主轴承寿命长达数千小时甚至上万小时。为此,美西方5家公司在长达50多年时间里垄断了全世界高端轴承80%的市场、航空和高铁100%市场。当时,我国高性能齿轮轴承钢技术十分落后,航空主轴承寿命不足200小时,严重制约了航空发动机、直升机等武器装备和高端机械产品的发展。

在接下来的13年时间里,赵振业主持新型轴承齿轮钢M50NiL纯净化研究。他通过“提纯原材料、炉外精炼、VIM+VAR双真空熔炼、墩拔开坯”等工艺路线,使M50NiL纯净度超过国际领先水平。他还设计了一种表层硬化型不锈齿轮轴承钢成分体系,首次将齿轮轴承钢提升到超高强度、高韧性和超高硬度水平。


2022年10月24日,从北京航材院又传来振奋人心的新闻:赵振业院士团队研发航空主轴承抗疲劳试验达到50000小时未失效。这是一个具有划时代意义的里程碑,机械工程制造业又一个世界纪录诞生了!

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