उच्च तापक्रम मिश्र धातुलाई ताप शक्ति मिश्र धातु पनि भनिन्छ। म्याट्रिक्स संरचना अनुसार, सामग्रीहरूलाई तीन वर्गमा विभाजन गर्न सकिन्छ: फलाममा आधारित निकल-आधारित र क्रोमियम-आधारित। उत्पादन मोड अनुसार, यसलाई विकृत सुपरअलॉय र कास्ट सुपरअलॉयमा विभाजन गर्न सकिन्छ।
यो एयरोस्पेस क्षेत्रमा अपरिहार्य कच्चा पदार्थ हो। यो एयरोस्पेस र उड्डयन उत्पादन इन्जिनहरूको उच्च-तापमान भागको लागि प्रमुख सामग्री हो। यो मुख्यतया दहन कक्ष, टर्बाइन ब्लेड, गाइड ब्लेड, कम्प्रेसर र टर्बाइन डिस्क, टर्बाइन केस र अन्य भागहरू निर्माण गर्न प्रयोग गरिन्छ। सेवा तापमान दायरा 600 ℃ - 1200 ℃ छ। प्रयोग गरिएका भागहरू अनुसार तनाव र वातावरणीय अवस्था फरक हुन्छ। मिश्र धातुको मेकानिकल, भौतिक र रासायनिक गुणहरूको लागि कडा आवश्यकताहरू छन्। यो इन्जिनको प्रदर्शन, विश्वसनीयता र जीवनको लागि निर्णायक कारक हो। त्यसकारण, विकसित देशहरूमा एयरोस्पेस र राष्ट्रिय रक्षाको क्षेत्रमा सुपरअलॉय प्रमुख अनुसन्धान परियोजनाहरू मध्ये एक हो।
सुपरअलोयका मुख्य प्रयोगहरू यस प्रकार छन्:
१. दहन कक्षको लागि उच्च तापक्रम मिश्र धातु
उड्डयन टर्बाइन इन्जिनको दहन कक्ष (जसलाई ज्वाला ट्यूब पनि भनिन्छ) उच्च-तापमानका प्रमुख घटकहरू मध्ये एक हो। इन्धन परमाणुकरण, तेल र ग्यास मिश्रण र अन्य प्रक्रियाहरू दहन कक्षमा हुने भएकाले, दहन कक्षमा अधिकतम तापक्रम १५०० ℃ - २००० ℃ पुग्न सक्छ, र दहन कक्षमा भित्ताको तापक्रम ११०० ℃ पुग्न सक्छ। साथै, यसले थर्मल तनाव र ग्यास तनाव पनि सहन सक्छ। उच्च थ्रस्ट/तौल अनुपात भएका धेरैजसो इन्जिनहरूले कुण्डलाकार दहन कक्षहरू प्रयोग गर्छन्, जसको लम्बाइ छोटो र उच्च ताप क्षमता हुन्छ। दहन कक्षमा अधिकतम तापक्रम २००० ℃ पुग्छ, र ग्यास फिल्म वा स्टीम कूलिंग पछि भित्ताको तापक्रम ११५० ℃ पुग्छ। विभिन्न भागहरू बीचको ठूलो तापक्रम ढाँचाले थर्मल तनाव उत्पन्न गर्नेछ, जुन काम गर्ने अवस्था परिवर्तन हुँदा तीव्र रूपमा बढ्नेछ र घट्नेछ। सामग्री थर्मल झटका र थर्मल थकान भारको अधीनमा हुनेछ, र त्यहाँ विकृति, दरार र अन्य त्रुटिहरू हुनेछन्। सामान्यतया, दहन कक्ष पाना मिश्र धातुबाट बनेको हुन्छ, र विशिष्ट भागहरूको सेवा अवस्था अनुसार प्राविधिक आवश्यकताहरू निम्नानुसार संक्षेप गरिएको छ: उच्च-तापमान मिश्र धातु र ग्यास प्रयोग गर्ने अवस्थामा यसमा निश्चित अक्सिडेशन प्रतिरोध र ग्यास जंग प्रतिरोध हुन्छ; यसमा निश्चित तात्कालिक र सहनशीलता शक्ति, थर्मल थकान प्रदर्शन र कम विस्तार गुणांक हुन्छ; यसमा प्रशोधन, गठन र जडान सुनिश्चित गर्न पर्याप्त प्लास्टिसिटी र वेल्ड क्षमता हुन्छ; सेवा जीवन भित्र भरपर्दो सञ्चालन सुनिश्चित गर्न यसमा थर्मल चक्र अन्तर्गत राम्रो संगठनात्मक स्थिरता हुन्छ।
a. MA956 मिश्र धातुको छिद्रपूर्ण ल्यामिनेट
प्रारम्भिक चरणमा, छिद्रपूर्ण ल्यामिनेटलाई फोटो खिच्ने, नक्काशी गर्ने, ग्रुभ गर्ने र पंच गर्ने काम पछि डिफ्यूजन बन्डिङद्वारा HS-188 मिश्र धातु पानाबाट बनाइएको थियो। भित्री तहलाई डिजाइन आवश्यकताहरू अनुसार आदर्श शीतलन च्यानल बनाउन सकिन्छ। यो संरचना शीतलनलाई परम्परागत फिल्म शीतलनको शीतलन ग्यासको केवल 30% चाहिन्छ, जसले इन्जिनको थर्मल चक्र दक्षता सुधार गर्न सक्छ, दहन कक्ष सामग्रीको वास्तविक ताप वहन क्षमता घटाउन सक्छ, तौल घटाउन सक्छ, र थ्रस्ट-वेट अनुपात बढाउन सक्छ। हाल, यसलाई व्यावहारिक प्रयोगमा राख्नु अघि प्रमुख प्रविधिलाई तोड्नु अझै आवश्यक छ। MA956 बाट बनेको छिद्रपूर्ण ल्यामिनेट संयुक्त राज्य अमेरिका द्वारा प्रस्तुत गरिएको दहन कक्ष सामग्रीको नयाँ पुस्ता हो, जुन 1300 ℃ मा प्रयोग गर्न सकिन्छ।
ख. दहन कक्षमा सिरेमिक कम्पोजिटको प्रयोग
संयुक्त राज्य अमेरिकाले १९७१ देखि ग्यास टर्बाइनहरूको लागि सिरेमिक प्रयोग गर्ने सम्भाव्यता प्रमाणित गर्न थालेको छ। १९८३ मा, संयुक्त राज्य अमेरिकामा उन्नत सामग्रीहरूको विकासमा संलग्न केही समूहहरूले उन्नत विमानहरूमा प्रयोग हुने ग्यास टर्बाइनहरूको लागि प्रदर्शन सूचकहरूको एक श्रृंखला तयार पारेका छन्। यी सूचकहरू हुन्: टर्बाइन इनलेट तापमान २२०० ℃ मा बढाउनुहोस्; रासायनिक गणनाको दहन अवस्था अन्तर्गत सञ्चालन गर्नुहोस्; यी भागहरूमा लागू गरिएको घनत्व ८g/cm3 बाट ५g/cm3 मा घटाउनुहोस्; कम्पोनेन्टहरूको चिसो रद्द गर्नुहोस्। यी आवश्यकताहरू पूरा गर्न, अध्ययन गरिएका सामग्रीहरूमा एकल-चरण सिरेमिकको अतिरिक्त ग्रेफाइट, धातु म्याट्रिक्स, सिरेमिक म्याट्रिक्स कम्पोजिट र इन्टरमेटालिक यौगिकहरू समावेश छन्। सिरेमिक म्याट्रिक्स कम्पोजिट (CMC) का निम्न फाइदाहरू छन्:
सिरेमिक सामग्रीको विस्तार गुणांक निकल-आधारित मिश्र धातुको तुलनामा धेरै सानो छ, र कोटिंग सजिलै हटाउन सकिन्छ। मध्यवर्ती धातु फेल्टको साथ सिरेमिक कम्पोजिटहरू बनाउनाले फ्लेकिंगको दोषलाई हटाउन सकिन्छ, जुन दहन कक्ष सामग्रीहरूको विकास दिशा हो। यो सामग्री १०% - २०% शीतलन हावाको साथ प्रयोग गर्न सकिन्छ, र धातु ब्याक इन्सुलेशनको तापक्रम लगभग ८०० ℃ मात्र छ, र ताप असर गर्ने तापक्रम भिन्न शीतलन र फिल्म शीतलनको भन्दा धेरै कम छ। V2500 इन्जिनमा कास्ट सुपरअलॉय B1900+सिरेमिक कोटिंग सुरक्षात्मक टाइल प्रयोग गरिन्छ, र विकास दिशा B1900 (सिरेमिक कोटिंगको साथ) टाइललाई SiC-आधारित कम्पोजिट वा एन्टी-अक्सिडेशन C/C कम्पोजिटले प्रतिस्थापन गर्नु हो। सिरेमिक म्याट्रिक्स कम्पोजिट इन्जिन दहन कक्षको विकास सामग्री हो जसको थ्रस्ट वजन अनुपात १५-२० हुन्छ, र यसको सेवा तापमान १५३८ ℃ - १६५० ℃ हुन्छ। यो ज्वाला ट्यूब, फ्लोटिंग भित्ता र आफ्टरबर्नरको लागि प्रयोग गरिन्छ।
२. टर्बाइनको लागि उच्च तापक्रम मिश्र धातु
एयरो-इन्जिन टर्बाइन ब्लेड एयरो-इन्जिनमा सबैभन्दा गम्भीर तापक्रम भार र सबैभन्दा खराब काम गर्ने वातावरण वहन गर्ने घटकहरू मध्ये एक हो। यसले उच्च तापक्रममा धेरै ठूलो र जटिल तनाव सहनुपर्छ, त्यसैले यसको सामग्री आवश्यकताहरू धेरै कडा छन्। एयरो-इन्जिन टर्बाइन ब्लेडहरूको लागि सुपरअलोयहरू निम्नमा विभाजित छन्:
गाइडको लागि उच्च तापक्रम मिश्र धातु
डिफ्लेक्टर टर्बाइन इन्जिनको ती भागहरू मध्ये एक हो जुन तापबाट सबैभन्दा बढी प्रभावित हुन्छ। जब दहन कक्षमा असमान दहन हुन्छ, पहिलो चरणको गाइड भेनको तताउने भार ठूलो हुन्छ, जुन गाइड भेनको क्षतिको मुख्य कारण हो। यसको सेवा तापक्रम टर्बाइन ब्लेडको भन्दा लगभग १०० ℃ बढी हुन्छ। भिन्नता यो हो कि स्थिर भागहरू मेकानिकल भारको अधीनमा हुँदैनन्। सामान्यतया, द्रुत तापक्रम परिवर्तनको कारणले गर्दा थर्मल तनाव, विकृति, थर्मल थकान क्र्याक र स्थानीय जलन हुन सजिलो हुन्छ। गाइड भेन मिश्र धातुमा निम्न गुणहरू हुनुपर्छ: पर्याप्त उच्च तापक्रम शक्ति, स्थायी क्रिप प्रदर्शन र राम्रो थर्मल थकान प्रदर्शन, उच्च अक्सिडेशन प्रतिरोध र थर्मल जंग प्रदर्शन, थर्मल तनाव र कम्पन प्रतिरोध, झुकाउने विकृति क्षमता, राम्रो कास्टिङ प्रक्रिया मोल्डिंग प्रदर्शन र वेल्डेबिलिटी, र कोटिंग सुरक्षा प्रदर्शन।
हाल, उच्च थ्रस्ट/तौल अनुपात भएका अधिकांश उन्नत इन्जिनहरूले खोक्रो कास्ट ब्लेडहरू प्रयोग गर्छन्, र दिशात्मक र एकल क्रिस्टल निकल-आधारित सुपरअलोयहरू चयन गरिन्छ। उच्च थ्रस्ट-तौल अनुपात भएको इन्जिनको उच्च तापक्रम १६५० ℃ - १९३० ℃ हुन्छ र यसलाई थर्मल इन्सुलेशन कोटिंगद्वारा सुरक्षित गर्न आवश्यक छ। चिसो र कोटिंग सुरक्षा अवस्थाहरूमा ब्लेड मिश्र धातुको सेवा तापक्रम ११०० ℃ भन्दा बढी हुन्छ, जसले भविष्यमा गाइड ब्लेड सामग्रीको तापक्रम घनत्व लागतको लागि नयाँ र उच्च आवश्यकताहरू अगाडि बढाउँछ।
ख. टर्बाइन ब्लेडका लागि सुपरमिश्र धातुहरू
टर्बाइन ब्लेडहरू एरो-इन्जिनहरूको प्रमुख ताप-वाहक घुमाउने भागहरू हुन्। तिनीहरूको सञ्चालन तापमान गाइड ब्लेडहरू भन्दा ५० ℃ - १०० ℃ कम छ। तिनीहरूले घुमाउँदा ठूलो केन्द्रापसारक तनाव, कम्पन तनाव, थर्मल तनाव, वायुप्रवाह स्काउरिङ र अन्य प्रभावहरू सहन्छन्, र काम गर्ने अवस्था कमजोर छ। उच्च थ्रस्ट/तौल अनुपात भएको इन्जिनको तातो अन्त्य घटकहरूको सेवा जीवन २००० घण्टा भन्दा बढी छ। त्यसकारण, टर्बाइन ब्लेड मिश्र धातुमा सेवा तापमानमा उच्च क्रिप प्रतिरोध र फुट्ने शक्ति, राम्रो उच्च र मध्यम तापक्रम व्यापक गुणहरू, जस्तै उच्च र कम चक्र थकान, चिसो र तातो थकान, पर्याप्त प्लास्टिसिटी र प्रभाव कठोरता, र खाच संवेदनशीलता हुनुपर्छ; उच्च अक्सिडेशन प्रतिरोध र जंग प्रतिरोध; राम्रो थर्मल चालकता र रेखीय विस्तारको कम गुणांक; राम्रो कास्टिङ प्रक्रिया प्रदर्शन; दीर्घकालीन संरचनात्मक स्थिरता, सेवा तापमानमा कुनै TCP चरण वर्षा छैन। लागू गरिएको मिश्र धातु चार चरणहरू मार्फत जान्छ; विकृत मिश्र धातु अनुप्रयोगहरूमा GH4033, GH4143, GH4118, आदि समावेश छन्; कास्टिङ मिश्र धातुको प्रयोगमा K403, K417, K418, K405, दिशात्मक रूपमा ठोस सुन DZ4, DZ22, एकल क्रिस्टल मिश्र धातु DD3, DD8, PW1484, आदि समावेश छन्। हाल, यो एकल क्रिस्टल मिश्र धातुको तेस्रो पुस्तामा विकसित भएको छ। चीनको एकल क्रिस्टल मिश्र धातु DD3 र DD8 क्रमशः चीनको टर्बाइन, टर्बोफ्यान इन्जिन, हेलिकप्टर र जहाजजन्य इन्जिनहरूमा प्रयोग गरिन्छ।
३. टर्बाइन डिस्कको लागि उच्च तापक्रम मिश्र धातु
टर्बाइन डिस्क टर्बाइन इन्जिनको सबैभन्दा तनावपूर्ण घुम्ने बियरिङ भाग हो। ८ र १० को थ्रस्ट वजन अनुपात भएको इन्जिनको पाङ्ग्रा फ्ल्यान्जको काम गर्ने तापक्रम ६५० ℃ र ७५० ℃ पुग्छ, र पाङ्ग्रा केन्द्रको तापक्रम लगभग ३०० ℃ हुन्छ, जसमा ठूलो तापक्रम भिन्नता हुन्छ। सामान्य परिक्रमाको क्रममा, यसले ब्लेडलाई उच्च गतिमा घुमाउन चलाउँछ र अधिकतम केन्द्रापसारक बल, थर्मल तनाव र कम्पन तनाव सहन सक्छ। प्रत्येक सुरुवात र रोक एक चक्र, पाङ्ग्रा केन्द्र हो। घाँटी, खाँबो तल्लो भाग र रिम सबैले फरक-फरक कम्पोजिट तनाव सहन सक्छन्। मिश्र धातुमा उच्चतम उपज शक्ति, प्रभाव कठोरता र सेवा तापक्रममा कुनै खाच संवेदनशीलता हुनु आवश्यक छ; कम रेखीय विस्तार गुणांक; निश्चित अक्सिडेशन र जंग प्रतिरोध; राम्रो काटन प्रदर्शन।
४. एयरोस्पेस सुपरमिश्र धातु
तरल रकेट इन्जिनमा रहेको सुपरअलोय थ्रस्ट चेम्बरमा रहेको दहन कक्षको इन्धन इन्जेक्टर प्यानलको रूपमा प्रयोग गरिन्छ; टर्बाइन पम्प एल्बो, फ्ल्यान्ज, ग्रेफाइट रडर फास्टनर, आदि। तरल रकेट इन्जिनमा उच्च तापक्रम मिश्र धातु थ्रस्ट चेम्बरमा इन्धन चेम्बर इन्जेक्टर प्यानलको रूपमा प्रयोग गरिन्छ; टर्बाइन पम्प एल्बो, फ्ल्यान्ज, ग्रेफाइट रडर फास्टनर, आदि। GH4169 टर्बाइन रोटर, शाफ्ट, शाफ्ट स्लिभ, फास्टनर र अन्य महत्त्वपूर्ण बेयरिङ भागहरूको सामग्रीको रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
अमेरिकी तरल रकेट इन्जिनको टर्बाइन रोटर सामग्रीहरूमा मुख्यतया इन्टेक पाइप, टर्बाइन ब्लेड र डिस्क समावेश छन्। GH1131 मिश्र धातु प्रायः चीनमा प्रयोग गरिन्छ, र टर्बाइन ब्लेड काम गर्ने तापक्रममा निर्भर गर्दछ। Inconel x, Alloy713c, Astroloy र Mar-M246 क्रमिक रूपमा प्रयोग गर्नुपर्छ; पाङ्ग्रा डिस्क सामग्रीहरूमा Inconel 718, Waspaloy, आदि समावेश छन्। GH4169 र GH4141 अभिन्न टर्बाइनहरू प्रायः प्रयोग गरिन्छ, र GH2038A इन्जिन शाफ्टको लागि प्रयोग गरिन्छ।