ZF-小礦工

一款材料能不能用在航空發動機裡面需要考慮的因素是非常多的。

這些因素包括材料本身的物理性質，最重要的是材料本身的剛度、強度和密度。

剛度大的材料在結構受力較大的情況下不會產生很大的變形，要知道，航空發動機裡面的轉子每分鐘可能要轉動數萬轉，這這麼高的速度下，如果結構有很大的變形，那麼就容易發生故障。強度大的材料在結構受力較大的情況下不會發生斷裂，比如說下面這張圖就是金屬的靜強度試驗。

而材料的密度在航空發動機中同樣是非常關鍵的，除了本身航空發動機需要減重之外，更重要的是發動機的轉子轉速太快了，密度越大的材料產生的離心力就越大，所以說降低材料密度就可以獲得更高的轉速。比如說鈦合金本身的剛度和強度性能本身不是很亮眼，但是架不住鈦合金的密度很低，所以這種材料會被廣泛運用在航空發動機中。下面就是鈦合金的整體葉盤結構。

相比較之下，金屬鎢的缺點就很明顯了，因為金屬鎢的密度足足有19g每立方厘米，是鋼的兩倍，鈦合金的四倍。所以說這麼大的密度根本就沒辦法在航空發動機中使用。

此外，金屬鎢雖然熔點高，但是不意味著就可以在高溫下使用金屬鎢。

一種材料熔點高，只是說在很高的溫度下這種材料不會融化，但是不融化不代表這種材料就是可以在高溫下使用的。正如剛剛所說的剛度和強度，溫度如果過高，即便材料不融化，其剛度、強度的下降也是不可接受的。

下面這張圖中的藍色線就是金屬鎢的抗拉強度，可以看到，溫度超過1000℃之後，金屬鎢的強度性能下降的非常多，所以說讓鎢承受更高的溫度沒有意義。既然總是要通過冷卻系統讓材料維持在較低的溫度（再下面的圖就是渦輪葉片的冷卻結構），為什麼不用其他高溫性能差不多、但是密度更輕的金屬呢？

另外，一款材料不僅僅是性能好就可以用在航空發動機中。

有些材料性能好，但是加工性能差（也就是說加工不了）、價格昂貴，或者說不能保證供應，那麼這款材料就不會被用在航空發動機中——除非這些問題能夠有效的解決。

典型的例子就是鈦合金，雖然說很早科學家就發現鈦合金的性質很好，但是其真正應用卻花了很長的時間，就是因為鈦合金的加工性能在很長時間內得不到有效的解決。

SilentTurbine

缺點太多，太重、太硬、太耐磨、反而限制鎢的使用。

航發專業人員為你解答，順便普及發動機葉片材料知識。

鎢這種金屬是一種優點和缺點都很明顯的金屬。密度大，硬度大，熔點高。熔點3410℃是所有非合金金屬中熔點最高的；非常硬，莫氏硬度達到7.5；密度也非常高，達到了19.25。鎢這種金屬在軍工領域應用非常廣泛，但是在航空發動機領域應用甚少。

密度太大，限制了使用。這一條很好理解，航空發動機領域，千方百計要提高的指標就是推重比，提高推重比有兩條途徑，重量不變的前提下提高推力，或者推力不變的情況下減小重量。減小發動機自身重量所帶來的收益，甚至強於提高推力。鎢的密度是鐵的2.5倍，是鈦的5倍，用上這種材料，重量將成倍增加，顯然很不合適。

發動機葉片更是不能用密度大的材料，發動機高速旋轉時，葉片產生的離心力都將達到十幾噸。如果用鎢這種密度大的金屬，產生的離心力估計都可以達到上百噸，將沒有什麼材料能夠承受這麼大的離心力，一轉起來，發動機馬上解體。

熔點高是一項非常好的優點，但是目前發動機還遠遠用不到這麼高熔點的材料。拿發動機最關鍵的指標，渦輪前溫度T4來說，目前主流發動機的渦輪前溫度在1700K左右，比如我國的渦扇10發動機T4溫度就是在這個水平。美軍F119發動機領先我們一代，T4溫度為1900K，推重比已經達到11。T4溫度每提高200K，就可以誕生新一代發動機，而這個過程大概需要耗時20年，以人類目前的科技水平能做到2300K已是極限。熔點太高，看起來並沒有什麼實際的意義。

至於硬度，太硬了，反而不好。

與大多數人的理解不同，發動機葉片的材料，需要的是韌性好，甚至是易磨損的材料。

發動機葉片在工作時不但承受巨大的徑向拉力，氣流還對葉片施加巨大的軸向力，葉片甚至會被氣流輕微的掰彎，所以需要較好的韌性。同時葉片尖端與內涵道壁板的縫隙只有髮絲大小，在熱脹冷縮的影響下，葉片尖端會與壁板發生刮蹭，此部位一般會使用易磨材料。即使受到刮蹭，也不會產生脆性斷裂。渦輪葉片為了保護內部氣路的完整，甚至直接預留了不小的磨損層。

葉片還需要應對隨時可能發生的外物打傷。如果韌性不好，一打就掉一塊。發動機葉片馬上就會被打得稀巴爛，韌性好的材料，如果發生異物打傷，打彎或者打變形，問題都不大。

圖打傷的葉片

鎢這種材料還有一個缺點，在高溫的情況下，容易與空氣中的氧氣或者氮氣發生化學反應，變得更脆。

總而言之，航空發動機所用的材料，要求耐高溫、輕質，柔韌，鎢顯然不具備這些特點。

雖然在航空發動機上用的少，但是鎢仍然用於很多軍工領域，比如導彈、炸彈、穿甲彈，這些地方可以很好的發揮鎢材料的優點。

胡侃軍事

除了耐熱，航空發動機葉片還需要考慮耐疲勞性能，高溫蠕變性能（航空發動機需要在1000多度高溫運行）。現在使用的航空發動機葉片，特別是在燃燒室使用的葉片大多是鎳基單晶高溫合金。鎳基單晶高溫合金是通過定向凝固和螺旋選晶法得到的。由於只有一個晶粒，材料的抗蠕變性能非常好。在鎳合金裡面還大量添加Al，Cr，Ti，W，Mo，以及現在的第四代第五代及以上添加的貴金屬錸和釕等，這樣材料的強度才能抗住高溫下的蠕變。國內做得比較好的單位有中科院金屬研究所，北京航空材料所（621），鋼鐵研究總院等。

因此並不是熔點高就可以做葉片材料，因為需要綜合考慮各種因素。比如材料的密度，塑性，強度，耐蠕變和疲勞性能。鎢的熔點高，約3410度，但是密度也大，為19.35g/cm3，是鐵和鎳的兩倍多。由於是在空中飛行，整體重量越輕，越是節能。另外，鎢合金的塑性還是不如鎳基合金，也就是比較脆，飛機是載人的，如果在空中飛著發動機葉片就斷了那就危險了。

鎢是一種很好的元素，在耐熱鋼，工具鋼裡經常可以見到，但用量不會超過3-10wt%。太多一是價格太貴，二是塑性或韌性不足。

汽車材料達人

鎢在地殼中的含量為0.001%。已發現的含鎢礦物有20種。鎢礦床一般伴隨著花崗質岩漿的活動而形成。經過冶煉後的鎢是銀白色有光澤的金屬，熔點極高，硬度很大。鎢是熔點最高的金屬。

全世界鎢的貯藏總量估計為700萬噸，其中約30%是黑鎢礦，70%是白鎢礦。但是目前大多數這些礦藏無法經濟性地開採。按照目前的消耗量這些礦藏只夠使用約140年。另一個獲得鎢的方法是回收。回收的鎢比鎢礦含量高，事實上非常有利潤。

上述兩段文字是網上的資料。因為儲量小，這類稀有金屬不能大量大量使用，只能作為添加材料製作合金鋼使用。

航空科普

航空材料，第一考慮的性能是什麼？答：比強度！也就是材料的強度極限比上密度，比值越大越好！而高溫性能，只在渦輪部分，需要很高要求！顯然，鎢合金顯然達不到比強度大這個前提條件，所以航空材料，在第一關就會把它淘汰！另外，目前發現的比強度最大的金屬材料是鈦合金，非金屬材料是碳纖維。高溫性能最好高溫陶瓷，用在高壓渦輪葉片和燃燒室的大部分是高溫陶瓷，而且高壓渦輪葉片是需要很多氣孔，通氣進行氣膜冷卻的！

GENX

航發的得使用錸，鎢合金用在汽輪機上可以的500多攝氏度。航空的一整1700-2200百度就是用了錸合金散熱不好也燒蝕，感覺有些機械有難度不能硬整。想想法子走一走創新的路子就能把問題簡化，譬如說：渦扇發動機使用空心軸就能給單晶葉片提供很好的散熱條件把溫度降下來再使用鎢金葉片就好玩多了。問題是中國現在不認可非職務發明的專利，國企軍工排斥外部技術。我的技術方案只能存在電腦裡，之前的專利被外國人借鑑了。

用戶5361292213左撇子

看過一些科普材料，航空發動機除了耐高溫，還要求在高溫之下保持原機械特性沒有大改變。我們看到它發熱發紅了，但是還要保持很強的機械特性。那螺旋頁都是稀有金屬的複合材料。單鎢不能滿足所有。

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