国防军工行业深度：航空发动机涡轮叶片材料的使用与发展方向

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报告摘要：

涡轮叶片的性能水 平是发动机先进程度的重要标志。航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，是飞机的心脏，发动机的价值量占整机价值的20%-30%。在航空发动机中，叶片是一种特殊的零件，它数量多，形状复杂，要求高，加工难度大，一直以来是发动机生产的关键。从价值量上来看，以CFM56 系列发动机为例，叶片在发动机中的价值量占比约为35%。由于涡轮在航空发动机中既是自持部件，依靠自身转动带动压气机转动从而实现发动机的自持工作；同时又是主要的做功部件，依靠自身转动对外输出机械能量，所以涡轮及涡轮叶片的重要性不言而喻。

此外，涡轮叶片是发动机中工作条件最恶劣的部件，需要承受高温燃气冲刷和温度交变，其中工作叶片还要承受高转速下的离心力作用。因此，发动机中最重要的，同时也是制造难度最大的叶片就是涡轮叶片。材料技术是未来提高涡轮叶片承温能力，从而提高发动机整体性能的关键。

涡轮叶片材料技术不断发展，承温能力不断提升。涡轮叶片属于航空发动机中的热端部件，需要在高温高压的环境下工作，极其恶劣的工作环境使得对涡轮叶片材料的要求也非常苛刻，目前涡轮叶片一般采用高温合金通过精密铸造加工而成。涡轮叶片用高温合金历经变形高温合金、铸造高温合金、定向凝固高温合金、单晶高温合金的发展，其中单晶高温合金已发展到第六代。第二代及之后的单晶高温合金通过添加铼，降低其他合金元素的扩散效率，减少单晶铸件的晶粒缺陷和表面再结晶，改善合金的抗热腐蚀性能，但其也存在对单晶高温合金组织的稳定性不利、密度较大等缺陷。因此，考虑到CMC 材料与高温合金相比，拥有更高的承温能力、更低的密度、更优异的高温下持久强度和更高的灵活性，其有望成为涡轮叶片材料未来发展方向。

中国军机民机数量预期增长带动中国航空发动机叶片市场规模提升。我国军费支出保持稳定增长趋势，预计未来20 年中国军机需求量约为2900架，总需求规模为2290 亿美元。随着民航运力快速增长及航线网络的进一步完善和优化，预计未来20 年我国航空市场将接收50 座级以上客机9084 架，总价值约1.4 万亿美元。未来，考虑到中国飞机数量将逐步增加，且一些中国企业已实现对航空发动机叶片材料及制造工艺的技术突破，国际航空发动机叶片主要市场将逐步向中国转移，中国航空发动机叶片市场规模也将保持稳定增长。

相关标的：应流股份：主要产品包括高温合金叶片、机匣等，应用于不同类型燃气轮机和多个型号航空发动机；万泽股份：专注高温合金材料和核心部件的研发制造，主要产品包括精密铸造叶片、高温合金粉末盘件、高温母合金及其合金粉末；炼石航空：公司主要业务为航空精密零部件、结构件的生产和销售，控股子公司成都航宇主要生产含铼高温合金叶片；北京航材院（航材股份）：公司具备先进的等轴晶、定向、单晶合金及精密铸造工艺研究能力，和先进的大尺寸空心无余量精铸件的制备能力。

风险提示：材料技术发展不及预期，涡轮叶片承温能力提升受阻的风险；铼等金属储量产量稀少，原材料获取困难的风险；中国军机和民机需求不及预期的风险；中国航空发动机市场规模不及预期的风险。

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