Растущий спрос на высокоэффективные сплавы в аэрокосмической отрасли

Обзор

Ожидается, что растущие расходы на современные материалы в производственном секторе из-за их способности улучшать функциональность, повышать живучесть и обеспечивать низкие затраты в течение жизненного цикла останутся ключевой тенденцией. Таким образом, потенциал современных материалов, а именно высокоэффективных сплавов, нельзя игнорировать в аэрокосмическом и оборонном секторе на глобальном уровне. Хотя производители оригинального оборудования по-прежнему отдают предпочтение алюминию в авиастроении, передовые материалы, такие как высокопроизводительные сплавы, набирают популярность среди инженеров благодаря их превосходным термостойким свойствам, превосходной прочности и сохранению стабильности размеров при температурах выше, чем у других материалов.

Ожидается, что смягчение ограничений после COVID-19 в сочетании с растущей готовностью платить за авиабилеты среди миллениалов побудит участников отрасли, работающих в аэрокосмическом и оборонном секторах, открыть новые возможности. Более того, последствия российско-украинской войны создали новое геополитическое уравнение во всем мире. Ожидается, что большинство правительств от западного мира до развивающихся стран, таких как Китай и Индия, увеличат расходы на расширение своих внутренних производственных мощностей в аэрокосмическом и оборонном секторах. Таким образом, такие позитивные настроения в аэрокосмическом и оборонном секторах, по прогнозам, проложат путь для внедрения передовых материалов, а именно высокоэффективных сплавов, в течение следующих нескольких лет.

Что такое высокоэффективные сплавы?

Высокопроизводительные сплавы или суперсплавы находят применение, поскольку они обладают превосходными свойствами, такими как превосходная механическая прочность, превосходная стойкость к термической ползучести, стабильность поверхности и стойкость к коррозии. Эти материалы были разработаны для использования в турбокомпрессорах поршневых двигателей самолетов. С появлением новых технологий суперсплавы стали одним из ключевых сырьевых материалов для производства компонентов авиационных и морских турбинных двигателей. Растущее признание этих специальных материалов объясняется растущей осведомленностью о необходимости принятия мер в аэрокосмической промышленности для защиты от воздействия сильных окислительных сред и экстремальных температур в течение разумных периодов времени.

Высокопроизводительные сплавы доступны в виде никеля, железа и кобальта. Некоторые из ключевых доступных вариантов продукции включают сплавы Inconel, Hastelloy, Rene, Waspaloy, Incoloy и сплавы TMS. Превосходная стойкость к окислению и коррозии при высоких температурах является одной из ключевых характеристик, позволяющих инженерам аэрокосмической отрасли отдавать предпочтение высокопроизводительным сплавам.

Ползучесть является ключевым фактором срока службы, влияющим на производительность и долговечность компонентов авиационных конструкций, таких как лопатки газовых турбин. Высокопроизводительные сплавы состоят из металлов гранецентрированной кубической формы (BCC), а именно кобальта, железа и никеля, которые могут обладать превосходным сопротивлением ползучести при высоких температурах. Таким образом, производители оборудования для аэрокосмической отрасли, по прогнозам, будут отдавать предпочтение этим формам продукции, чтобы ограничить негативное воздействие ползучести.

За последние несколько лет высокоэффективные сплавы на основе никеля завоевали достаточное пространство на рынке аэрокосмической отрасли благодаря своей способности работать при высоких температурах в диапазоне 800-1000 градусов. Эти варианты продуктов на основе никеля состоят из материалов из хрома, железа, титана и кобальта. Ожидается, что такое объединение различных материалов в едином продукте будет способствовать их использованию в производстве различных компонентов аэрокосмической отрасли, а именно лопаток турбин высокого давления, дисков, камер сгорания, форсажных камер и реверсоров тяги.

Сценарий для аэрокосмического сектора

В мировом аэрокосмическом секторе наблюдается рост благодаря увеличению спроса на пассажирские перевозки после отмены ограничений COVID-19 в сочетании с увеличением расходов на заказы новых военных самолетов со стороны различных национальных правительств. По состоянию на 2023 год мировые ежегодные поставки самолетов оцениваются в более чем 5000 самолетов на сумму более 1,5 триллиона долларов США. Ожидается, что в течение следующих 20 лет потребность в самолетах превысит 40 000, а их оценочная стоимость составит 8,1 миллиарда долларов США. Аэрокосмическая промышленность разделена на пять ключевых продуктов: самолеты гражданской авиации, частные пассажирские самолеты, военные самолеты, вертолеты и винтовые самолеты. Среди этих ключевых вариантов продукции гражданские и военные самолеты играют ключевую роль, занимая командную позицию и определяя развитие авиационной промышленности на глобальном уровне.

За последние несколько лет в аэрокосмическом секторе произошли следующие события, которые в ближайшем будущем приведут к увеличению производства коммерческих и оборонных самолетов:

• В июне 2023 года GE Aerospace подписала Меморандум о взаимопонимании (МоВ) с Hindustan Aeronautics Limited (HAL) о производстве истребительных реактивных двигателей тягой 98 кН для ВВС Индии. Этот двигатель будет использоваться в легких боевых самолетах (LCA) Mark II и, вероятно, поступит в продажу к концу 2024 года.
• В апреле 2023 года Airbus подписал соглашение о расширении окончательной сборки семейства самолетов A320 с Tianjin Free Trade Zone Investment Company Ltd. и Aviation Industry Corporation of China Ltd. Это соглашение поможет поддержать цель компании по поддержанию производства 75 самолетов в год. месяц
• В январе 2023 года компания Boeing объявила о планах открыть новую производственную линию 737 MAX в Эверетте, штат Вашингтон, к середине 2024 года. Кроме того, компания также планирует увеличить производство на 50 самолетов в месяц в период с 2025 по 2026 год.
• В декабре 2022 года правительство Японии объявило о планах по разработке истребителя следующего поколения в сотрудничестве с Великобританией и Италией. Этот план сыграет ключевую роль в замене устаревшего парка самолетов Формулы-2 в США истребителями Mitsubishi FX. Ожидается, что эта сделка сыграет ключевую роль в противодействии растущему напору Китая в Индо-Тихоокеанском регионе.
• В ноябре 2022 года Минобороны России сообщило о планируемом расширении производства многофункциональных самолетов пятого поколения Су-57.
• В октябре 2022 года правительство Индии заложило фундамент завода по производству самолетов C-295 в Гуджарате, Индия. На этом предприятии будет произведено 40 самолетов C-295 для ВВС Индии в рамках сотрудничества испанской компании Airbus Defence and Space и Tata Advanced Systems Limited.
• В мае 2022 года первый пассажирский самолет китайского производства совершил свой первый коммерческий рейс. Китайская корпорация коммерческой авиации (Comac) разработала пассажирский самолет под торговой маркой C919 с расчетной вместимостью 130 пассажиров. Компания сообщает, что заказано более 1200 лайнеров C919. Кроме того, Comac планирует производить самолеты плановой мощностью 150 единиц в год в течение следующих пяти лет.
• В марте 2022 года Lockheed Martin объявила о планах инвестировать более 1 миллиарда долларов США в аэрокосмическую промышленность Саудовской Аравии. Этот план будет способствовать инициативам в области производства, НИОКР и MRO (техническое обслуживание, ремонт и эксплуатация) в Саудовской Аравии и, таким образом, в свою очередь, будет способствовать расширению аэрокосмической промышленности на внутреннем уровне.

Широкое использование материалов для аэрокосмической и оборонной промышленности можно объяснить соблюдением стоимостных и экологических требований к легким самолетам, а также требованиями к техническому обслуживанию, обеспечивающим структурную целостность. Объем рынка материалов для аэрокосмической и оборонной промышленности оценивается в 30,52 миллиарда долларов США к 2028 году и, как ожидается, будет расти темпами 4,10% в прогнозируемый период с 2021 по 2028 год.

Чтобы узнать больше об исследовании, посетите https://www.databridgemarketresearch.com/ru/reports/global-aerospace-and-defense-materials-market

Высокоэффективные сплавы в аэрокосмической отрасли

В 2022 году на аэрокосмический сектор приходилось более 50% мирового рынка высокопроизводительных сплавов. Суперсплавы находят применение в различных самолетах, а именно в коммерческих самолетах, грузовых самолетах, бизнес-джетах и ​​военных самолетах. Большинство производителей оборудования для аэрокосмической отрасли предпочитают использовать в турбовентиляторных двигателях высокоэффективные сплавы из-за их превосходной термической стойкости и превосходной защиты от коррозии. Кроме того, за последние несколько лет эти сплавы получили признание в различных областях применения, а именно в изготовлении конструкций и крепежных деталей фюзеляжа, а также лопаток турбин.

Таблица: Часто используемые высокоэффективные сплавы

Почему высокопроизводительные сплавы?

Высокопроизводительные сплавы предпочтительны при производстве различных компонентов аэрокосмических конструкций, поскольку они обладают следующими ключевыми характеристиками и преимуществами:

• Превосходное сопротивление ползучести

Ползучесть — это режим разрушения, при котором компонент деформируется при уровне напряжения ниже его предельного предела прочности. Высокопроизводительные формы изделий позволяют лопаткам турбины работать при экстремальном тепловыделении и больших нагрузках центростремительной силы. До появления высокоэффективных сплавов в аэрокосмической промышленности широкое использование материалов, устойчивых к ползучести, приводило к тому, что лопатки турбины не удлинялись во время вращения и, таким образом, вызывали помехи в корпусах двигателей.

• Превосходное термическое сопротивление

Реактивные турбины могут создавать высокие уровни тяги за счет сжатия всасываемого воздуха и топлива. Таким образом, большая мощность двигателя может быть получена в результате высокого сжатия, что, в свою очередь, увеличивает уровень тепловыделения. Высокопроизводительные сплавы находят применение в создании высокого давления сгорания, что значительно повышает эффективность двигателя.

• Дисперсионное твердение

Высокопроизводительные сплавы обладают способностью образовывать двухфазную равновесную микроструктуру, которая влияет на способность легирующих элементов самоорганизовываться и обеспечивает защиту от различных видов разрушения.

Типы высокопроизводительных сплавов

Сплавы на основе никеля

• Хастеллой: - Эти никелевые сплавы представляют собой комбинацию хрома и молибдена, которые обеспечивают превосходную коррозионную стойкость, хорошую свариваемость и отличную кислотостойкость. Один из его вариантов, а именно Hastelloy X, используется в аэрокосмической промышленности более 50 лет, поскольку он обеспечивает превосходные свойства, такие как устойчивость к температуре, окислению и науглероживанию. Эти варианты помогают противостоять растрескиванию под напряжением из-за окисления и сохранять пластичность при воздействии температуры до 1600 ° F. В результате производители самолетов предпочитают Hastelloy X для использования в турбинах двигателей, выхлопных трубах и других деталях самолетов.

Исследование рынка Data Bridge показывает, что к 2030 году мировой рынок никелевых сплавов, как ожидается, достигнет стоимости в 19 370 672,30 тысяч долларов США при среднегодовом темпе роста 5,59% в течение прогнозируемого периода с 2023 по 2030 год. Отчет о рынке также всесторонне охватывает анализ цен, патентный анализ. и технологические достижения.

Чтобы узнать больше об исследовании, посетите https://www.databridgemarketresearch.com/ru/reports/global-nickel-alloy-market

Инконель:-Эти формы продуктов на основе никеля представляют собой комбинацию хрома и железа, которые используются для обеспечения защиты от коррозии при высоких температурах. Инконель доступен в вариантах Инконель 625 и Инконель 718, обычно используемых в аэрокосмической промышленности. Такие варианты находят применение в высокотемпературных аэрокосмических приложениях, а именно в топливных форсунках, кольцах форсажной камеры и других компонентах двигателей. Эффективное использование инконеля приводит к устойчивости к коррозии, вызванной струйными жидкостями и другими жидкостями. Кроме того, в последние несколько лет инконель использовался в ракетах и ​​космических кораблях.

Сплавы на основе меди:-Высокопроизводительные сплавы на основе меди используются для демонстрации превосходных механических свойств и обрабатываемости. Некоторые из свойств перечислены ниже: -

• Превосходная термическая стойкость по сравнению со сплавами на основе никеля.
• Превосходная защита от коррозии
• Хорошая термостойкость при высоких температурах.
• Улучшенная свариваемость

Сплавы на основе железа:-Суперсплавы на основе железа могут обладать следующими характеристиками:

• Отличная износостойкость по сравнению с никелевыми аналогами.
• Превосходное сопротивление ползучести
• Хорошая свариваемость
• Отличная обрабатываемость

Перспективы производства высокоэффективных сплавов

За последние несколько лет обработка суперсплавов перешла от традиционного метода литья к передовым технологиям, а именно, направленно-затвердевающему литью и монокорковому литью. Направленно-затвердевающее литье работает таким образом, что формы имеют одну внутреннюю поверхность, которая считается более холодной по сравнению с остальными материалами. Этот процесс осуществляется с помощью теплообменников с водяным охлаждением. Способность такого процесса литья контролировать направление границ зерен дает инженерам OEM-производителей аэрокосмической отрасли возможность проектировать компоненты в определенных направлениях. В результате для производства компонентов реактивных газотурбинных двигателей предпочтительнее использовать направленно-затвердевшее литье.

С другой стороны, литье монокристаллов считается не только импровизированной версией процесса прямой затвердевания, поскольку первое может устранить такие проблемы, как скольжение, кавитация и включения, вызванные границами зерен. Кроме того, монокристаллический процесс способен вызывать сопротивление ползучести в компонентах, изготавливаемых для компонентов самолетов. Таким образом, производители оборудования для аэрокосмической отрасли, по прогнозам, будут отдавать предпочтение процессам литья монокристаллов, поскольку сопротивление ползучести становится ключевым параметром для оценки качества компонентов коммерческих и пассажирских самолетов.

Самолеты нового поколения: новая возможность

Ожидается, что смещение акцента на четыре основных направления, а именно: экономика, окружающая среда, электрификация и эффективность, среди производителей самолетов, включая Boeing и Airbus, будет способствовать расширению возможностей самолетов следующего поколения. Например, в мае 2021 года Airbus объявил о планах по разработке Next Generation A322 с общей длиной самолета до 50 метров. Устойчивость к ползучести самолета и защита от высоких температур являются ключевыми характеристиками, которые играют ключевую роль в повышении общей эффективности вариантов самолетов следующего поколения. В результате OEM-производители в аэрокосмическом секторе предпочитают высокоэффективные сплавы в качестве передовых материалов для производства различных компонентов, а именно двигателей и облицовок лопастей самолетов следующего поколения, чтобы можно было обеспечить лучшую тепловую защиту и превосходную прочность на ползучесть.

Конкуренция и реакция производителей на аэрокосмическую отрасль

Большинство компаний-производителей высокопроизводительных сплавов посвятили свою продукцию авиационно-космическому сектору. В отрасль проникают международные и региональные игроки, которые используют стратегическое партнерство для сохранения своей доли на рынке. Ключевые производители включают Alcoa Inc.; Хитачи Металс Лтд.; Оутокумпу; Allegheny Technologies Incorporated; Хейнс Интернэшнл Инк.; Плотницкие технологии; и Корпорация ВСМПО-Ависма.

Некоторые из новых компаний завоевывают рыночное пространство за счет запуска инновационных продуктов. Например, в сентябре 2019 года шведская компания Digital Metal AB выпустила новые высокопроизводительные сплавы с двумя связками, напечатанные на 3D-принтере и предназначенные для работы в экстремальных условиях. Эти продукты доступны в вариантах DM 247 и DM 625, с исключительной технологией струйной печати, которая предотвращает эти проблемы благодаря печати при температуре окружающей среды без применения какого-либо тепла. DM 247 является производным от MAR M247, который находит применение в производстве лопаток турбин и других аэрокосмических применениях при экстремальных температурах. С другой стороны, DM 625 представляет собой марку Inconel, предназначенную для применения в морской воде, химическом оборудовании, атомной и аэрокосмической отраслях.

Ожидается, что с появлением аддитивного производства на глобальном уровне компании-производители высокопроизводительных сплавов, вероятно, будут инвестировать в формирование стратегических альянсов с поставщиками присадок, чтобы в ближайшее время были представлены категории продуктов следующего поколения. Более того, большинство ученых аэрокосмического сектора считают, что высокопроизводительные сплавы подходят для 3D-печати. Таким образом, OEM-производители самолетов, по прогнозам, будут использовать идеальное сочетание уникальной технологии связующих и USP суперсплавов в одной категории продуктов.

Data Bridge Market Research анализирует, что рынок растет со среднегодовым темпом роста 20,9% в прогнозируемом периоде с 2023 по 2030 год и, как ожидается, достигнет 91 853,88 миллиона долларов США к 2030 году. Основным фактором, способствующим росту рынка аддитивного производства, является растущий спрос. для легких компонентов автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Чтобы узнать больше об исследовании, https://www.databridgemarketresearch.com/ru/reports/global-additive-manufacturing-market

За последние несколько лет научно-исследовательские институты аэрокосмического сектора увеличили расходы на разработку суперсплавов нового поколения для производства самолетов. Например, в феврале 2020 года НАСА объявило о разработке суперсплава на основе никеля с использованием специальных легирующих элементов, которые ограничивают вредную деформацию при температурах выше 700 ° C. В этих высокопроизводительных сплавах на основе никеля используется состав порошковой металлургии (PM), ограничивающий вредное превращение гамма-первичной фазы в гамма-фазу и вызывающий дефекты упаковки во время деформации ползучести. Хорошо известно, что материалы конструкций летательных аппаратов склонны к пластической деформации под нагрузкой при высоких температурах. В результате эти высокоэффективные формы изделий считаются превосходными материалами, устойчивыми к ползучести, которые играют решающую роль в улучшении характеристик авиационных двигателей.

Заключение

Ожидается, что высокие расходы на современные материалы для снижения общих затрат на техническое обслуживание в сочетании с внедрением самолетов нового поколения будут способствовать расширению применения высокоэффективных сплавов в течение следующих нескольких лет. Кроме того, ожидается, что растущие расходы на внедрение новых технологий, а именно технологии 3D-печати, откроют путь OEM-производителям аэрокосмического сектора к синергии их с лучшими качествами суперсплавов и разработке инновационных компонентов для коммерческих и военных самолетов.

Ожидается, что значительные первоначальные инвестиции, необходимые для внедрения, в сочетании с ограниченной обработкой высокопроизводительных сплавов различной формы станут ключевой проблемой для покупателей, работающих в сегменте OEM-производителей аэрокосмической отрасли. Кроме того, ожидается, что волатильность цен на сырьевые материалы из-за колебаний динамики поставок никеля, алюминия, меди и железа из стран-производителей металлов станет ключевой проблемой в обеспечении доступа к высокоэффективным сплавам для аэрокосмического сектора в ближайшее будущее.

Исследование рынка Data Bridge показывает, что среднегодовой темп роста рынка высокоэффективных сплавов составит 5,80% в период с 2023 по 2030 год. Отчеты о рынке, курируемые Data Bridge Market Research, также включают углубленный экспертный анализ, географически представленное производство и мощности компаний, схемы сетей дистрибьюторов и партнеров, подробный и обновленный анализ ценовых тенденций и анализ дефицита цепочки поставок и спроса.

Чтобы получить подробное представление о рынке, посетите https://www.databridgemarketresearch.com/ru/reports/global-high- Performance-alloys-market