Ang taas nga temperatura nga alloy gitawag usab nga heat strength alloy. Sumala sa istruktura sa matrix, ang mga materyales mahimong bahinon sa tulo ka mga kategorya: base sa iron nga nickel ug base sa chromium. Sumala sa mode sa produksiyon, kini mahimong bahinon sa deformed superalloy ug cast superalloy.
Kini usa ka kinahanglanon nga hilaw nga materyal sa natad sa aerospace. Kini ang yawe nga materyal alang sa taas nga temperatura nga bahin sa aerospace ug aviation manufacturing nga mga makina. Kini kasagarang gigamit alang sa paghimo sa combustion chamber, turbine blade, guide blade, compressor ug turbine disk, turbine case ug uban pang mga bahin. Ang sakup sa temperatura sa serbisyo mao ang 600 ℃ - 1200 ℃. Ang kapit-os ug kahimtang sa kalikopan magkalainlain sa mga bahin nga gigamit. Adunay higpit nga mga kinahanglanon alang sa mekanikal, pisikal ug kemikal nga mga kabtangan sa haluang metal. Kini ang mahukmanon nga hinungdan alang sa pasundayag, kasaligan ug kinabuhi sa makina. Busa, ang superalloy usa sa mga nag-unang proyekto sa panukiduki sa natad sa aerospace ug nasudnong depensa sa mga naugmad nga mga nasud.
Ang mga nag-unang aplikasyon sa superalloys mao ang:
1. Taas nga temperatura nga haluang metal alang sa combustion chamber
Ang combustion chamber (nailhan usab nga flame tube) sa aviation turbine engine mao ang usa sa mga yawe nga taas nga temperatura nga sangkap. Tungod kay ang atomization sa gasolina, pagsagol sa lana ug gas ug uban pang mga proseso gihimo sa combustion chamber, ang labing taas nga temperatura sa combustion chamber mahimong moabot sa 1500 ℃ - 2000 ℃, ug ang temperatura sa dingding sa combustion chamber mahimong moabot sa 1100 ℃. Sa parehas nga oras, nagdala usab kini sa thermal stress ug gas stress. Kadaghanan sa mga makina nga adunay taas nga thrust/weight ratio naggamit sa annular combustion chamber, nga adunay mubo nga gitas-on ug taas nga kapasidad sa kainit. 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 mga gradient sa temperatura tali sa lainlaing mga bahin makamugna og thermal stress, nga motaas ug mokunhod pag-ayo kung mausab ang kahimtang sa pagtrabaho. Ang materyal mahimong ipailalom sa thermal shock ug thermal fatigue load, ug adunay pagtuis, mga liki ug uban pang mga sayup. Sa kinatibuk-an, ang combustion chamber gihimo sa sheet alloy, ug ang teknikal nga mga kinahanglanon gisumada ingon sa mosunod sumala sa mga kondisyon sa pag-alagad sa piho nga mga bahin: kini adunay piho nga oxidation resistance ug gas corrosion resistance ubos sa mga kondisyon sa paggamit sa high-temperature alloy ug gas; Kini adunay piho nga kusog ug kalig-on sa paglahutay, performance sa thermal fatigue ug ubos nga expansion coefficient; Kini adunay igo nga plasticity ug weld nga abilidad aron masiguro ang pagproseso, pagporma ug koneksyon; Kini adunay maayo nga kalig-on sa organisasyon ubos sa thermal cycle aron masiguro ang kasaligan nga operasyon sulod sa kinabuhi sa serbisyo.
a. MA956 alloy porous laminate
Sa sayong bahin, ang porous laminate gihimo sa HS-188 alloy sheet pinaagi sa diffusion bonding human makuhaan og litrato, etched, grooved ug punch. Ang sulod nga layer mahimo nga usa ka sulundon nga makapabugnaw nga channel sumala sa mga kinahanglanon sa disenyo. Ang kini nga istruktura nga pagpabugnaw nanginahanglan lamang sa 30% sa makapabugnaw nga gas sa tradisyonal nga pagpabugnaw sa pelikula, nga makapauswag sa kahusayan sa thermal cycle sa makina, makunhuran ang aktwal nga kapasidad sa pagdala sa kainit sa materyal sa combustion chamber, makunhuran ang gibug-aton, ug madugangan ang gibug-aton nga gibug-aton. ratio. Sa pagkakaron, gikinahanglan pa nga molusot sa yawe nga teknolohiya sa dili pa kini magamit sa praktikal nga paggamit. Ang porous laminate nga gihimo sa MA956 usa ka bag-ong henerasyon sa combustion chamber material nga gipaila sa Estados Unidos, nga mahimong magamit sa 1300 ℃.
b. Pag-aplikar sa mga ceramic composites sa combustion chamber
Ang Estados Unidos nagsugod sa pag-verify sa posibilidad sa paggamit sa mga seramika alang sa mga gas turbine sukad sa 1971. Sa 1983, ang pipila ka mga grupo nga nakigbahin sa pagpalambo sa mga advanced nga materyales sa Estados Unidos nagporma og usa ka serye sa performance indicators alang sa gas turbines nga gigamit sa advanced aircraft. Kini nga mga timailhan mao ang: pagdugang sa turbine inlet temperatura ngadto sa 2200 ℃; Operate ubos sa pagkasunog kahimtang sa kemikal nga kalkulasyon; Bawasan ang densidad nga gipadapat niini nga mga bahin gikan sa 8g/cm3 ngadto sa 5g/cm3; Ikansela ang pagpabugnaw sa mga sangkap. Aron makab-ot kini nga mga kinahanglanon, ang mga materyales nga gitun-an naglakip sa graphite, metal matrix, ceramic matrix composites ug intermetallic compound dugang pa sa single-phase ceramics. Ang mga ceramic matrix composite (CMC) adunay mga mosunod nga bentaha:
Ang pagpalapad nga coefficient sa ceramic nga materyal mas gamay kay sa nickel-based nga haluang metal, ug ang coating dali nga matangtang. Ang paghimo sa mga ceramic composites nga adunay intermediate nga metal nga gibati mahimong makabuntog sa depekto sa flaking, nga mao ang direksyon sa pag-uswag sa mga materyales sa combustion chamber. Kini nga materyal mahimong magamit sa 10% - 20% nga makapabugnaw nga hangin, ug ang temperatura sa metal back insulation mga 800 ℃ lamang, ug ang temperatura nga nagdala sa kainit mas ubos kaysa sa divergent nga pagpabugnaw ug pagpabugnaw sa pelikula. 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) nga tile nga adunay SiC-based composite o anti-oxidation C/C composite. Ang ceramic matrix composite mao ang materyal sa pag-uswag sa engine combustion chamber nga adunay thrust weight ratio nga 15-20, ug ang temperatura sa serbisyo niini mao ang 1538 ℃ - 1650 ℃. Gigamit kini alang sa flame tube, floating wall ug afterburner.
2. Taas nga temperatura nga haluang metal alang sa turbine
Ang sulab sa turbine sa aero-engine usa sa mga sangkap nga nagdala sa labing grabe nga pagkarga sa temperatura ug ang labing daotan nga palibot sa pagtrabaho sa aero-engine. Kini kinahanglan nga mopas-an sa dako kaayo ug komplikado nga kapit-os ubos sa taas nga temperatura, mao nga ang mga kinahanglanon sa materyal estrikto kaayo. Ang mga superalloy alang sa aero-engine turbine blades gibahin sa:
a.Taas nga temperatura nga haluang metal alang sa giya
Ang deflector maoy usa sa mga parte sa turbine engine nga labing apektado sa kainit. Sa diha nga ang dili patas nga pagkasunog mahitabo sa combustion chamber, ang pagpainit nga load sa unang yugto nga guide vane dako, nga mao ang nag-unang rason sa kadaot sa guide vane. Ang temperatura sa serbisyo niini mga 100 ℃ mas taas kaysa sa sulud sa turbine. Ang kalainan mao nga ang mga static nga mga bahin dili ipailalom sa mekanikal nga pagkarga. Kasagaran, kini dali nga hinungdan sa thermal stress, distortion, thermal fatigue crack ug lokal nga paso tungod sa paspas nga pagbag-o sa temperatura. Ang guide vane alloy kinahanglang adunay mga mosunod nga mga kabtangan: igo nga taas nga temperatura nga kusog, permanente nga 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 advanced nga makina nga adunay taas nga thrust/weight ratio naggamit ug hollow cast blades, ug gipili ang direksyon ug single nga kristal nga nickel-based superalloys. Ang makina nga adunay taas nga thrust-weight ratio adunay taas nga temperatura nga 1650 ℃ - 1930 ℃ ug kinahanglan nga panalipdan sa thermal insulation coating. Ang temperatura sa serbisyo sa blade alloy ubos sa makapabugnaw ug mga kondisyon sa pagpanalipod sa coating labaw pa sa 1100 ℃, nga nagbutang sa unahan sa bag-o ug mas taas nga mga kinahanglanon alang sa temperatura nga densidad nga gasto sa giya nga blade nga materyal sa umaabot.
b. Mga superalloy alang sa mga blades sa turbine
Ang mga blades sa turbine mao ang nag-unang mga bahin nga nagtuyok sa init nga nagdala sa kainit sa mga aero-engine. Ang ilang operating temperatura mao ang 50 ℃ - 100 ℃ ubos pa kay sa giya blades. Nagdala sila og daghang centrifugal stress, vibration stress, thermal stress, airflow scouring ug uban pang mga epekto kung nagtuyok, ug ang mga kondisyon sa pagtrabaho dili maayo. Ang kinabuhi sa serbisyo sa init nga katapusan nga mga sangkap sa makina nga adunay taas nga thrust/weight ratio labaw pa sa 2000h. Busa, ang turbine blade alloy kinahanglan nga adunay taas nga creep resistance ug rupture strength sa service temperature, maayo nga taas ug medium nga temperatura nga komprehensibo nga mga kabtangan, sama sa taas ug ubos nga cycle nga kakapoy, bugnaw ug init nga kakapoy, igo nga plasticity ug impact toughness, ug notch sensitivity; Taas nga pagsukol sa oksihenasyon ug pagsukol sa kaagnasan; Maayo nga thermal conductivity ug ubos nga coefficient sa linear expansion; Maayo nga pasundayag sa proseso sa paghulma; Long-term nga kalig-on sa istruktura, walay TCP phase precipitation sa temperatura sa serbisyo. Ang gipadapat nga haluang metal moagi sa upat ka hugna; Ang mga deformed alloy nga aplikasyon naglakip sa GH4033, GH4143, GH4118, ug uban pa; Ang paggamit 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 ngadto sa ikatulo nga henerasyon sa single crystal alloys. Ang usa ka kristal nga haluang metal sa China nga DD3 ug DD8 gigamit sa mga turbine sa China, mga makina sa turbofan, mga helicopter ug mga makina sa barko.
3. Taas nga temperatura nga haluang metal alang sa turbine disk
Ang turbine disk mao ang pinaka-stress nga rotating bearing nga bahin sa turbine engine. Ang nagtrabaho nga temperatura sa flange sa ligid sa makina nga adunay ratio sa gibug-aton nga gibug-aton nga 8 ug 10 moabot sa 650 ℃ ug 750 ℃, ug ang temperatura sa sentro sa ligid mga 300 ℃, nga adunay daghang kalainan sa temperatura. Atol sa normal nga pagtuyok, kini nagduso sa sulab sa pagtuyok sa taas nga tulin ug nagdala sa pinakataas nga centrifugal force, thermal stress ug vibration stress. Ang matag pagsugod ug paghunong usa ka siklo, sentro sa ligid. Ang tutunlan, uka sa ubos ug ngilit tanan adunay lain-laing mga composite stress. Ang haluang metal gikinahanglan nga adunay labing taas nga kusog sa ani, pagkagahi sa epekto ug walay pagkasensitibo sa notch sa temperatura sa serbisyo; Ubos nga linear expansion coefficient; Piho nga oksihenasyon ug resistensya sa corrosion; Maayo nga performance sa pagputol.
4. Aerospace superalloy
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. Taas nga temperatura nga haluang metal 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 importante nga mga bahin sa pagdala.
Ang mga materyales sa turbine rotor sa American liquid rocket engine nag-una naglakip sa intake pipe, turbine blade ug disk. Ang GH1131 nga haluang metal kasagarang gigamit sa China, ug ang sulab sa turbine nagdepende sa temperatura sa pagtrabaho. Ang Inconel x, Alloy713c, Astroloy ug Mar-M246 kinahanglang sunodsunod nga gamiton; Ang mga materyales sa wheel disc naglakip sa Inconel 718, Waspaloy, ug uban pa. Ang GH4169 ug GH4141 integral nga mga turbine kasagaran gigamit, ug ang GH2038A gigamit alang sa shaft sa makina.