Почему лопатки турбин не из титана, а только лопатки компрессора?

Титан не подходит, потому что он будет реагировать с кислородом и углеродом при высокой температуре, намного ниже его точки плавления, делая его очень твердым и хрупким. Сварка титана очень сложна, потому что он должен быть очень хорошо защищен от кислорода в горячем состоянии. Ти$_3$O будет образовываться выше 500°C, а Ti$_2$О выше 600°С.

Первоначально лопатки турбин изготавливались из стальных сплавов, но они были вытеснены никелевыми сплавами .

Кроме того, они работают в среде, требующей постоянного охлаждения , поэтому они могут быть на 200–300°C ниже температуры газа, поступающего из камеры сгорания, на входе в турбину. Лопатки современных турбин полые и имеют перфорацию на передней кромке. Сжатый, относительно холодный воздух нагнетается через лопасти и перфорацию и обтекает поверхность лопасти, создавая слой прохладного воздуха, защищающий лопасть от горячего газа. Также перед входом в турбину газ разгоняется, что уже снижает его температуру. См. приведенный ниже график параметров внутри более старого двигателя, взятый из этого источника.

Непосредственно перед топливными форсунками максимальная температура газа ок. достигается 1800°С, которая снижается до 1100°С на входе в первую ступень турбины. Обратите внимание, что в современных военных двигателях эта температура повышена до 1500°C! При этом наибольшая температура связана с наименьшей скоростью (30 м/с), а непосредственно перед входом в первую ступень турбины поток разгоняется до 200 м/с.

Титан в контакте с кислородом потерял бы большую часть своей прочности при этих температурах, даже несмотря на то, что его температура плавления составляет 1650°C.

Помимо охлаждения и никелевых сплавов используются еще две технологии: монокристаллическое литье и термобарьерные покрытия.

Покрытия с термическим барьером в сочетании с охлаждением позволяют работать при температуре, близкой к температуре плавления основного материала (как указано выше). TBC обычно состоят из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, который имеет очень низкую теплопроводность и коэффициент теплового расширения, близкий к никелевым сплавам. Это делает его несовместимым с титаном, имеющим более низкий КТР; Различные скорости роста вызывают напряжение в покрытии, что в конечном итоге приводит к его растрескиванию.

Кроме того, YSZ является кислородопроницаемым при высоких температурах. Это может быть уменьшено (временно) подслоем, но в конечном итоге кислород проникает в субстрат. Сплавы никеля значительно более устойчивы к окислению при температуре, чем титан, как упоминалось ранее, поэтому они также более совместимы с TBC.

Другой технологией, используемой для изготовления вращающихся компонентов горячей секции, является монокристаллическое литье . Проще говоря, более крупные кристаллы сопротивляются ползучести, потому что они с меньшей вероятностью объединятся с другими кристаллами, и вы не станете больше, чем один кристалл. Насколько мне известно, в титановых литейных сплавах нет ничего, что делало бы их несовместимыми с литьем монокристаллов.