钨铼合金浅析（钨元素耐高温比金属铼强）

金属钨的熔点高达3422度，远高于现役涡扇发动机的涡前温度的要求，目前推重比性能最优秀的发动机之一的美国F119(F22上装备的发动机），涡前温度要求不过才1703度，理论上这个温度根本不足以对钨造成什么物理特性的改变，更不会因为高温烧坏。而金属铼的熔点要远低于金属钨，涡扇发动机为什么不选择更难融化的钨做发动机的叶片，而是采用铼合金？

发动机内部温度的逐渐变化

涡扇发动机的结构一般由外涵和内涵组成。外涵洞由大型风扇和整流器叶片组成。简单地说，它是一台速度超快的大型风扇，有许多叶片。整个发动机的核心结构是内涵道。它由低压压缩机、高压压缩机、高压汽轮机和低压汽轮机前后组成。从前面到后面，压力和温度逐渐升高。 燃烧室和高压涡轮，高温和高压达到最高。最后，低压涡轮在工作后膨胀并从发动机后部喷出，形成发动机动力来源之一。

涡扇发动机的核心内涵道，可以简单地看作是涡喷发动机。两者区别主要在于有没有外涵道和发动机口的风扇。军用喷气式发动机和民用发动机的主要区别是有没有加力燃烧室。现在大部分战斗机采用的都是小涵道比的涡扇发动机，这种发动机是有加力燃烧室的。当发动机开启加力飞行的时候，温度还会有所升高！那么战斗机发动机的叶片对耐高温有多大的要求呢？

涡扇发动机的最前端就是个风扇，这个对于耐高温几乎没有要求，只要可以做得足够轻，并且可以满足盈利要求就可以。一般涡扇发动机的风扇叶片采用的都是高强度的碳钎维。军用涡扇和民用涡扇发动机的区别，主要是风扇叶片的直径大小而已。最大的民用发动机的风扇叶片直径可以做到两三米，军用涡扇发动机一般则在一米以内!

当气流经过风扇，首先进入的是低压压气机，这时候经过低压压气机的工作，空气温度升高，压强升高。在低压压气机内压缩过的空气，会随后进入燃烧室，这里是燃料燃烧的地方，所谓涡扇发动机的涡前温度就是指的这里。一般民用飞机因为对推重比的要求不高，所以涡前温度要求也不高，但是高性能军用发动机的涡前温度是很高的，例如咱们上面列举的F22的发动机涡前温度高达1703度，这个温度已经是绝大多数金属保持不被融化的禁区了。咱们熟知的钢铁的熔点温度不过才1538度，如果采用钢制发动机叶片，在燃烧室内就会被直接烧化。

发动机叶片面临的复杂的应力环境与温升条件下稳定的物体特性

除了高温环境对于发动机叶片的要求之外，发动机内高达每分钟一万多转的转速，对发动机叶片则提出了更高的要求。在如此高的转速之下，发动机叶片的结构强度要能够承受高速旋转巨大离心力。另外，发动机本身并不是静止不动地在旋转，而且飞机在做高过载机动的时候，发动机还要随着飞机做复杂的高过载动作。复杂的应力环境也对发动机叶片提出了难以想象的高要求！

因为发动机内部的气流是逐渐向内的，温度也随着气流在发动机内部的传输而逐渐升高，这个时候，温度越高，那么发动机叶片随着温度升高产生的热胀冷缩的效应也就越明显。所以发动机叶片本身和机匣之间还要保留一个间隙，这个间隙的距离大概只有0.1MM，如果叶片的材料不合格，那么叶片就会随着温度的升高而产生变形，膨胀。这样的话，叶片就会和机匣发生碰撞，进而导致发动机在转动的时候直接解体。也就是说，无论是什么材料，在高温高压和复杂的涡扇发动机内部的发动机叶片，要有足够的物理稳定性，这个物理稳定性要求发动机叶片材料在高温下蠕变的数据要尽可能地小。

以上是我们所罗列的关于涡扇发动机叶片的工作环境和性能要求！简单总结就是发动机叶片不仅仅满足耐高温就行了，而且还要在高温，高压和复杂的应力环境之下保持稳定的物理特性，这是发动机叶片所有的性能要求。

发动机叶片在高温环境下，会因为温度的升高导致叶片的物理性能下降，所以在航空发动机的叶片上，还要进行打孔，这些密布的空洞本身，就是作为发动机叶片散热使用的，将发动机叶片的工作温度尽量降低，就可以保障发动机叶片的物理特性尽可能的稳定。这样在高温的环境下，通过气流流经叶片的空洞就可以为叶片起到降温的效果。

涡扇发动机的启动时间只有短短的几十秒钟，涡前温度很快就会上升到1600度以上，在飞机降落之后，发动机的温度又会恢复道常温条件。也就是说，经常使用的涡扇发动机本身就是在忽然温度升高和下降的环境下持续工作的，这对于发动机的叶片材料要求是非常高的！

金属铼是目前最好的在恶劣温度环境下保持物理特性的金属。这种金属的熔点比钨低了300度，但是在恶劣环境下的蠕变性能很稳定，远不是钨可以比的。需要说明的是，涡扇发动机的叶片也并非由铼制成，因为这种金属在地球上的含量极低，每年全球的产量不过才五吨，如果用这种材料做发动机的叶片很显然是无法满足用量的！发动机叶片是多种金属和特殊材料制成的高温合金，其中也包含我们所说到的钨，所以说，不能简单地说发动机叶片不使用钨，相对来说，铼的耐高温性能已经够用了，但是铼在叶片合金材料的制备上，其实是起到其他更重要的作用的！