Ang high temperature alloy gitawag usab nga heat strength alloy. Sumala sa matrix structure, ang mga materyales mahimong bahinon sa tulo ka kategorya: iron-based nickel-based ug chromium-based. Sumala sa production mode, kini mahimong bahinon sa deformed superalloy ug cast superalloy.
Kini usa ka kinahanglanon nga hilaw nga materyales sa natad sa aerospace. Kini ang pangunang materyal alang sa taas nga temperatura nga bahin sa mga makina sa paggama sa aerospace ug abyasyon. Kini kasagarang gigamit sa paggama sa combustion chamber, turbine blade, guide blade, compressor ug turbine disk, turbine case ug uban pang mga piyesa. Ang range sa temperatura sa serbisyo kay 600 ℃ - 1200 ℃. Ang stress ug mga kondisyon sa palibot managlahi depende sa mga piyesa nga gigamit. Adunay estrikto nga mga kinahanglanon alang sa mekanikal, pisikal ug kemikal nga mga kabtangan sa alloy. Kini ang mahukmanon nga hinungdan alang sa performance, kasaligan ug kinabuhi sa makina. Busa, ang superalloy usa sa mga pangunang proyekto sa panukiduki sa natad sa aerospace ug nasudnong depensa sa mga naugmad nga nasud.
Ang mga nag-unang gamit sa mga superalloy mao ang:
1. Taas nga temperatura nga haluang metal para sa combustion chamber
Ang combustion chamber (nailhan usab nga flame tube) sa aviation turbine engine usa sa mga importanteng sangkap nga taas og temperatura. Tungod kay ang fuel atomization, pagsagol sa lana ug gas ug uban pang mga proseso gihimo sa combustion chamber, ang pinakataas nga temperatura sa combustion chamber mahimong moabot sa 1500 ℃ - 2000 ℃, ug ang temperatura sa dingding sa combustion chamber mahimong moabot sa 1100 ℃. Sa samang higayon, kini usab nag-antos sa thermal stress ug gas stress. Kadaghanan sa mga makina nga adunay taas nga thrust/weight ratio naggamit og annular combustion chambers, nga adunay mubo nga gitas-on ug taas nga heat capacity. Ang pinakataas nga temperatura sa combustion chamber moabot sa 2000 ℃, ug ang temperatura sa dingding moabot sa 1150 ℃ human sa gas film o steam cooling. Ang dagkong temperature gradients tali sa lain-laing mga parte makamugna og thermal stress, nga mosaka ug moubos pag-ayo kung mausab ang working state. Ang materyal ma-ilalom sa thermal shock ug thermal fatigue load, ug adunay distortion, liki ug uban pang mga depekto. Kasagaran, ang combustion chamber hinimo sa sheet alloy, ug ang mga teknikal nga kinahanglanon gisumada sama sa mosunod sumala sa mga kondisyon sa serbisyo sa piho nga mga bahin: kini adunay piho nga resistensya sa oksihenasyon ug resistensya sa kaagnasan sa gas ubos sa mga kondisyon sa paggamit sa high-temperature alloy ug gas; Kini adunay piho nga kusog sa dali ug paglahutay, performance sa thermal fatigue ug ubos nga expansion coefficient; Kini adunay igo nga plasticity ug weld ability aron masiguro ang pagproseso, pagporma ug koneksyon; Kini adunay maayo nga organisasyonal nga kalig-on ubos sa thermal cycle aron masiguro ang kasaligan nga operasyon sulod sa kinabuhi sa serbisyo.
a. MA956 nga haluang porous nga laminate
Sa sayong bahin, ang porous laminate gihimo gikan sa HS-188 alloy sheet pinaagi sa diffusion bonding human kini makuhaan og litrato, ma-etch, ma-groove ug ma-punch. Ang inner layer mahimong himoon nga usa ka ideal nga cooling channel sumala sa mga kinahanglanon sa disenyo. Kini nga structure cooling nagkinahanglan lang og 30% sa cooling gas sa tradisyonal nga film cooling, nga makapauswag sa thermal cycle efficiency sa makina, makapakunhod sa aktuwal nga heat bearing capacity sa combustion chamber material, makapakunhod sa gibug-aton, ug makapataas sa thrust-weight ratio. Sa pagkakaron, kinahanglan pa nga tun-an ang importanteng teknolohiya sa dili pa kini magamit sa praktikal nga paagi. Ang porous laminate nga hinimo sa MA956 usa ka bag-ong henerasyon sa combustion chamber material nga gipaila sa Estados Unidos, nga magamit sa 1300 ℃.
b. Paggamit sa mga ceramic composite sa combustion chamber
Ang Estados Unidos nagsugod na sa pag-verify sa posibilidad sa paggamit sa mga seramiko para sa mga gas turbine sukad niadtong 1971. Niadtong 1983, ang pipila ka mga grupo nga nalambigit sa pagpalambo sa mga abanteng materyales sa Estados Unidos nagporma og serye sa mga indikasyon sa pasundayag para sa mga gas turbine nga gigamit sa mga abanteng eroplano. Kini nga mga indikasyon mao ang: pagpataas sa temperatura sa pagsulod sa turbine ngadto sa 2200 ℃; Pag-operate ubos sa combustion state sa chemical calculation; Pagpakunhod sa density nga gigamit niining mga parte gikan sa 8g/cm3 ngadto sa 5g/cm3; Pagkansela sa pagpabugnaw sa mga component. Aron matuman kini nga mga kinahanglanon, ang mga materyales nga gitun-an naglakip sa graphite, metal matrix, ceramic matrix composites ug intermetallic compounds dugang pa sa single-phase ceramics. Ang ceramic matrix composites (CMC) adunay mosunod nga mga bentaha:
Ang expansion coefficient sa ceramic material mas gamay kay sa nickel-based alloy, ug ang coating dali ra matangtang. Ang paghimo og ceramic composites nga adunay intermediate metal felt makasulbad sa depekto sa flaking, nga mao ang direksyon sa pag-uswag sa mga materyales sa combustion chamber. Kini nga materyal magamit sa 10% - 20% nga cooling air, ug ang temperatura sa metal back insulation mga 800 ℃ lang, ug ang heat bearing temperature mas ubos kay sa divergent cooling ug film cooling. Ang cast superalloy B1900+ceramic coating protective tile gigamit sa V2500 engine, ug ang direksyon sa pag-uswag mao ang pag-ilis sa B1900 (nga adunay ceramic coating) tile og SiC-based composite o anti-oxidation C/C composite. Ang ceramic matrix composite mao ang development material sa engine combustion chamber nga adunay thrust weight ratio nga 15-20, ug ang service temperature niini kay 1538 ℃ - 1650 ℃. Gigamit kini para sa flame tube, floating wall ug afterburner.
2. Taas nga temperatura nga haluang metal para sa turbina
Ang aero-engine turbine blade usa sa mga sangkap nga makasugakod sa pinakagrabe nga temperatura ug pinakagrabe nga palibot sa pagtrabaho sa aero-engine. Kinahanglan niini nga makasugakod sa dako ug komplikado nga stress ubos sa taas nga temperatura, busa ang mga kinahanglanon sa materyal niini estrikto kaayo. Ang mga superalloy para sa aero-engine turbine blades gibahin sa:
a. Taas nga temperatura nga haluang metal para sa giya
Ang deflector usa sa mga parte sa turbine engine nga labing naapektuhan sa kainit. Kung dili patas ang pagkasunog sa combustion chamber, dako ang heating load sa first stage guide vane, nga mao ang pangunang hinungdan sa kadaot sa guide vane. Ang temperatura sa serbisyo niini mga 100 ℃ nga mas taas kaysa sa turbine blade. Ang kalainan mao nga ang mga static nga parte dili maapektuhan sa mechanical load. Kasagaran, dali ra kining hinungdan sa thermal stress, distortion, thermal fatigue crack ug local burn nga gipahinabo sa paspas nga pagbag-o sa temperatura. Ang guide vane alloy kinahanglan adunay mosunod nga mga kinaiya: igo nga kusog sa taas nga temperatura, permanenteng creep performance ug maayo nga thermal fatigue performance, taas nga oxidation resistance ug thermal corrosion performance, thermal stress ug vibration resistance, bending deformation ability, maayo nga casting process molding performance ug weldability, ug coating protection performance.
Sa pagkakaron, kadaghanan sa mga abanteng makina nga adunay taas nga thrust/weight ratio naggamit ug hollow cast blades, ug ang directional ug single crystal nickel-based superalloys ang gipili. Ang makina nga adunay taas nga thrust-weight ratio adunay taas nga temperatura nga 1650 ℃ - 1930 ℃ ug kinahanglan nga protektahan gamit ang thermal insulation coating. Ang temperatura sa serbisyo sa blade alloy ubos sa mga kondisyon sa pagpabugnaw ug proteksyon sa coating labaw sa 1100 ℃, nga nagbutang ug bag-o ug mas taas nga mga kinahanglanon alang sa gasto sa densidad sa temperatura sa materyal sa guide blade sa umaabot.
b. Mga superalloy para sa mga blade sa turbine
Ang mga turbine blade mao ang pangunang nagtuyok nga mga parte sa aero-engine nga nagdala og kainit. Ang ilang temperatura sa pag-operate kay 50 ℃ - 100 ℃ nga mas ubos kay sa mga guide blade. Dako kini og epekto sa centrifugal stress, vibration stress, thermal stress, airflow scouring ug uban pang epekto kon magtuyok, ug dili maayo ang kondisyon sa pagtrabaho. Ang kinabuhi sa serbisyo sa mga hot end component sa makina nga adunay taas nga thrust/weight ratio kay sobra sa 2000h. Busa, ang turbine blade alloy kinahanglan nga adunay taas nga creep resistance ug rupture strength sa service temperature, maayo nga high ug medium temperature comprehensive properties, sama sa high ug low cycle fatigue, cold ug hot fatigue, igo nga plasticity ug impact toughness, ug notch sensitivity; Taas nga oxidation resistance ug corrosion resistance; Maayo nga thermal conductivity ug ubos nga coefficient sa linear expansion; Maayo nga casting process performance; Dugay nga structural stability, walay TCP phase precipitation sa service temperature. Ang gigamit nga alloy moagi sa upat ka yugto; Ang mga aplikasyon sa deformed alloy naglakip sa GH4033, GH4143, GH4118, ug uban pa; Ang aplikasyon sa casting alloy naglakip sa K403, K417, K418, K405, directionally solidified gold DZ4, DZ22, single crystal alloy DD3, DD8, PW1484, ug uban pa. Sa pagkakaron, kini naugmad na ngadto sa ikatulong henerasyon sa single crystal alloys. Ang single crystal alloy DD3 ug DD8 sa China gigamit sa mga turbine, turbofan engine, helicopter, ug shipborne engine sa China.
3. Taas nga temperatura nga haluang metal para sa turbine disk
Ang turbine disk mao ang pinaka-stress nga rotating bearing nga bahin sa turbine engine. Ang temperatura sa pagtrabaho sa wheel flange sa makina nga adunay thrust weight ratio nga 8 ug 10 moabot sa 650 ℃ ug 750 ℃, ug ang temperatura sa wheel center mga 300 ℃, nga adunay dako nga kalainan sa temperatura. Atol sa normal nga pagtuyok, kini mopadagan sa blade sa pagtuyok sa taas nga tulin ug magdala sa labing taas nga centrifugal force, thermal stress ug vibration stress. Ang matag pagsugod ug paghunong usa ka siklo, wheel center. Ang throat, groove bottom ug rim tanan nagdala sa lainlaing mga composite stress. Ang alloy kinahanglan nga adunay labing taas nga yield strength, impact toughness ug walay notch sensitivity sa temperatura sa serbisyo; Ubos nga linear expansion coefficient; Siguradong oxidation ug corrosion resistance; Maayo nga cutting performance.
4. Superhaluang panghimpapawid
Ang superalloy sa liquid rocket engine gigamit isip fuel injector panel sa combustion chamber sa thrust chamber; Turbine pump elbow, flange, graphite rudder fastener, ug uban pa. Ang high temperature alloy sa liquid rocket engine gigamit isip fuel chamber injector panel sa thrust chamber; Turbine pump elbow, flange, graphite rudder fastener, ug uban pa. Ang GH4169 gigamit isip materyal sa turbine rotor, shaft, shaft sleeve, fastener ug uban pang importanteng bearing parts.
Ang mga materyales sa turbine rotor sa American liquid rocket engine kasagaran naglakip sa intake pipe, turbine blade ug disk. Ang GH1131 alloy kasagarang gigamit sa China, ug ang turbine blade nagdepende sa temperatura sa pagtrabaho. Ang Inconel x, Alloy713c, Astroloy ug Mar-M246 kinahanglan gamiton nga sunod-sunod; Ang mga materyales sa wheel disc naglakip sa Inconel 718, Waspaloy, ug uban pa. Ang GH4169 ug GH4141 integral turbines kasagarang gigamit, ug ang GH2038A gigamit para sa engine shaft.