उच्च तापमान मिश्र धातुलाई ताप शक्ति मिश्र पनि भनिन्छ। म्याट्रिक्स संरचना अनुसार, सामग्रीलाई तीन भागमा विभाजन गर्न सकिन्छ: फलाममा आधारित निकल-आधारित र क्रोमियम-आधारित। उत्पादन मोड अनुसार, यो विकृत superalloy र कास्ट superalloy मा विभाजित गर्न सकिन्छ।
यो एयरोस्पेस क्षेत्र मा एक अपरिहार्य कच्चा माल हो। यो एयरोस्पेस र उड्डयन निर्माण इन्जिन को उच्च-तापमान भाग लागि मुख्य सामग्री हो। यो मुख्य रूपमा 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। तनाव र वातावरणीय अवस्थाहरू प्रयोग गरिएका भागहरूसँग भिन्न हुन्छन्। मिश्र धातु को यांत्रिक, भौतिक र रासायनिक गुणहरु को लागी सख्त आवश्यकताहरु छन्। यो प्रदर्शन, विश्वसनीयता र इन्जिन को जीवन को लागि निर्णायक कारक हो। तसर्थ, विकसित देशहरूमा एयरोस्पेस र राष्ट्रिय रक्षाको क्षेत्रमा superalloy प्रमुख अनुसन्धान परियोजनाहरू मध्ये एक हो।
superalloys को मुख्य अनुप्रयोगहरू हुन्:
1. दहन कक्षको लागि उच्च तापमान मिश्र धातु
उड्डयन टर्बाइन इन्जिनको दहन कक्ष (जसलाई फ्लेम ट्यूब पनि भनिन्छ) मुख्य उच्च-तापमान घटकहरू मध्ये एक हो। इन्धन एटमाइजेशन, तेल र ग्यास मिश्रण र अन्य प्रक्रियाहरू दहन कक्षमा गरिन्छ, दहन कक्षमा अधिकतम तापक्रम 1500 ℃ - 2000 ℃ सम्म पुग्न सक्छ, र दहन कक्षमा भित्ताको तापमान 1100 ℃ पुग्न सक्छ। एकै समयमा, यसले थर्मल तनाव र ग्यास तनाव पनि सहन सक्छ। उच्च थ्रस्ट/वजन अनुपात भएका धेरैजसो इन्जिनहरूले कुण्डलीय दहन कक्षहरू प्रयोग गर्छन्, जसमा छोटो लम्बाइ र उच्च ताप क्षमता हुन्छ। दहन कक्षमा अधिकतम तापमान 2000 ℃ पुग्छ, र भित्ता तापमान 1150 ℃ ग्यास फिल्म वा स्टीम कूलिंग पछि पुग्छ। विभिन्न भागहरू बीचको ठूला तापमान ढाँचाहरूले थर्मल तनाव उत्पन्न गर्नेछ, जुन काम गर्ने अवस्था परिवर्तन हुँदा तीव्र रूपमा बढ्छ र घट्छ। सामग्री थर्मल झटका र थर्मल थकान लोडको अधीनमा हुनेछ, र त्यहाँ विरूपण, दरार र अन्य त्रुटिहरू हुनेछ। सामान्यतया, दहन कक्ष पाना मिश्र धातुबाट बनेको हुन्छ, र प्राविधिक आवश्यकताहरू निम्नानुसार विशिष्ट भागहरूको सेवा सर्तहरू अनुसार संक्षेप गरिन्छ: यसमा उच्च-तापमान मिश्र धातु र ग्यास प्रयोग गर्ने सर्तहरूमा निश्चित अक्सीकरण प्रतिरोध र ग्यास जंग प्रतिरोध छ; यसमा निश्चित तात्कालिक र सहनशीलता शक्ति, थर्मल थकान प्रदर्शन र कम विस्तार गुणांक छ; योसँग प्रशोधन, गठन र जडान सुनिश्चित गर्न पर्याप्त प्लास्टिसिटी र वेल्ड क्षमता छ; सेवा जीवन भित्र भरपर्दो सञ्चालन सुनिश्चित गर्न यो थर्मल चक्र अन्तर्गत राम्रो संगठनात्मक स्थिरता छ।
a MA956 मिश्र धातु छिद्रपूर्ण लमिनेट
प्रारम्भिक चरणमा, झरझरा ल्यामिनेट HS-188 मिश्र धातुको पानाबाट फोटो खिच्ने, नक्काशी, खाँचो र मुक्का लगाएपछि डिफ्युजन बन्डिङद्वारा बनाइएको थियो। भित्री तह डिजाइन आवश्यकताहरु अनुसार एक आदर्श कूलिंग च्यानल मा बनाउन सकिन्छ। यो संरचना कूलिङलाई परम्परागत फिल्म कुलिङको कूलिङ ग्यासको ३०% मात्र चाहिन्छ, जसले इन्जिनको थर्मल साइकल दक्षतामा सुधार गर्न सक्छ, दहन कक्ष सामग्रीको वास्तविक ताप वहन गर्ने क्षमता घटाउन सक्छ, तौल घटाउँछ र थ्रस्ट-वेट बढाउन सक्छ। अनुपात। वर्तमानमा, यसलाई व्यावहारिक प्रयोगमा राख्नु अघि मुख्य प्रविधिको माध्यमबाट तोड्न आवश्यक छ। MA956 बाट बनेको छिद्रपूर्ण ल्यामिनेट संयुक्त राज्यले ल्याएको दहन कक्ष सामग्रीको नयाँ पुस्ता हो, जुन 1300 ℃ मा प्रयोग गर्न सकिन्छ।
b दहन कक्ष मा सिरेमिक कम्पोजिट को आवेदन
संयुक्त राज्य अमेरिकाले 1971 देखि ग्यास टर्बाइनहरूको लागि सिरेमिकहरू प्रयोग गर्ने सम्भाव्यता प्रमाणित गर्न थालेको छ। 1983 मा, संयुक्त राज्यमा उन्नत सामग्रीको विकासमा संलग्न केही समूहहरूले उन्नत विमानहरूमा प्रयोग हुने ग्यास टर्बाइनहरूको लागि प्रदर्शन सूचकहरूको श्रृंखला बनाएका छन्। यी सूचकहरू हुन्: टर्बाइन इनलेटको तापक्रम 2200 ℃ मा बढाउनुहोस्; रासायनिक गणनाको दहन अवस्था अन्तर्गत काम गर्नुहोस्; यी भागहरूमा लागू गरिएको घनत्व 8g/cm3 बाट 5g/cm3 सम्म घटाउनुहोस्; कम्पोनेन्टहरूको चिसोपन रद्द गर्नुहोस्। यी आवश्यकताहरू पूरा गर्नको लागि, अध्ययन गरिएका सामग्रीहरूमा ग्रेफाइट, मेटल म्याट्रिक्स, सिरेमिक म्याट्रिक्स कम्पोजिटहरू र एकल-फेज सिरेमिकको अतिरिक्त इन्टरमेटलिक यौगिकहरू समावेश छन्। सिरेमिक म्याट्रिक्स कम्पोजिट (सीएमसी) का निम्न फाइदाहरू छन्:
सिरेमिक सामग्रीको विस्तार गुणांक निकल-आधारित मिश्र धातुको भन्दा धेरै सानो छ, र कोटिंगलाई छिलाउन सजिलो छ। मध्यवर्ती धातुको साथ सिरेमिक कम्पोजिटहरू बनाउनाले फ्ल्याकिंगको दोषलाई हटाउन सक्छ, जुन दहन कक्ष सामग्रीको विकास दिशा हो। यो सामाग्री 10% - 20% चिसो हावा संग प्रयोग गर्न सकिन्छ, र मेटल ब्याक इन्सुलेशन को तापक्रम लगभग 800 ℃ मात्र छ, र तातो असर तापमान भिन्न कूलिंग र फिल्म कूलिंग भन्दा धेरै कम छ। कास्ट superalloy B1900+ सिरेमिक कोटिंग सुरक्षात्मक टाइल V2500 इन्जिनमा प्रयोग गरिन्छ, र विकास दिशा भनेको B1900 (सिरेमिक कोटिंगको साथ) टाइललाई SiC-आधारित कम्पोजिट वा एन्टि-अक्सिडेशन C/C कम्पोजिटसँग प्रतिस्थापन गर्ने हो। सिरेमिक म्याट्रिक्स कम्पोजिट 15-20 को थ्रस्ट वजन अनुपात संग इन्जिन दहन कक्ष को विकास सामाग्री हो, र यसको सेवा तापमान 1538 ℃ - 1650 ℃ छ। यो ज्वाला ट्यूब, फ्लोटिंग पर्खाल र afterburner लागि प्रयोग गरिन्छ।
2. टर्बाइनको लागि उच्च तापमान मिश्र धातु
एरो-इन्जिन टर्बाइन ब्लेड सबैभन्दा गम्भीर तापक्रम भार र एयरो-इन्जिनमा सबैभन्दा खराब काम गर्ने वातावरण सहन गर्ने कम्पोनेन्टहरू मध्ये एक हो। यसले उच्च तापक्रम अन्तर्गत धेरै ठूलो र जटिल तनाव सहनु पर्छ, त्यसैले यसको सामग्री आवश्यकताहरू धेरै सख्त छन्। एरो-इन्जिन टर्बाइन ब्लेडका लागि सुपर अलॉयहरू विभाजित छन्:
a. गाइडको लागि उच्च तापमान मिश्र धातु
डिफ्लेक्टर टर्बाइन इन्जिनको एक भाग हो जुन गर्मीले सबैभन्दा बढी प्रभावित हुन्छ। जब दहन कक्षमा असमान दहन हुन्छ, पहिलो चरणको गाईड भ्यानको तताउने भार ठूलो हुन्छ, जुन गाईड भ्यानको क्षतिको मुख्य कारण हो। यसको सेवा तापमान टर्बाइन ब्लेड भन्दा लगभग 100 ℃ उच्च छ। भिन्नता यो हो कि स्थिर भागहरू मेकानिकल लोडको अधीनमा छैनन्। सामान्यतया, छिटो तापक्रम परिवर्तनको कारण थर्मल तनाव, विकृति, थर्मल थकान दरार र स्थानीय जलन निम्त्याउन सजिलो हुन्छ। गाइड वेन मिश्रमा निम्न गुणहरू हुनुपर्छ: पर्याप्त उच्च तापक्रम बल, स्थायी क्रिप प्रदर्शन र राम्रो थर्मल थकान प्रदर्शन, उच्च अक्सीकरण प्रतिरोध र थर्मल जंग प्रदर्शन, थर्मल तनाव र कम्पन प्रतिरोध, झुकाउने विरूपण क्षमता, राम्रो कास्टिंग प्रक्रिया मोल्डिंग प्रदर्शन र वेल्डेबिलिटी, र कोटिंग संरक्षण प्रदर्शन।
हाल, उच्च थ्रस्ट/वेट रेसियो भएका धेरैजसो उन्नत इन्जिनहरूले होलो कास्ट ब्लेडहरू प्रयोग गर्छन्, र दिशात्मक र एकल क्रिस्टल निकल-आधारित सुपरअलोयहरू चयन गरिएका छन्। उच्च थ्रस्ट-वेट रेसियो भएको इन्जिनको उच्च तापक्रम १६५० ℃ - १९३० ℃ हुन्छ र यसलाई थर्मल इन्सुलेशन कोटिंगद्वारा सुरक्षित गर्न आवश्यक हुन्छ। शीतलन र कोटिंग सुरक्षा अवस्थाहरूमा ब्लेड मिश्रको सेवा तापमान 1100 ℃ भन्दा बढी छ, जसले भविष्यमा गाइड ब्लेड सामग्रीको तापक्रम घनत्व लागतको लागि नयाँ र उच्च आवश्यकताहरू अगाडि राख्छ।
b टर्बाइन ब्लेडका लागि सुपर अलॉय
टर्बाइन ब्लेडहरू एरो इन्जिनको मुख्य ताप-वाहक घुमाउने भागहरू हुन्। तिनीहरूको सञ्चालन तापमान 50 ℃ - 100 ℃ गाइड ब्लेड भन्दा कम छ। तिनीहरूले उत्कृष्ट केन्द्रापसारक तनाव, कम्पन तनाव, थर्मल तनाव, वायु प्रवाह स्काउरिङ र घुमाउँदा अन्य प्रभावहरू सहन्छन्, र काम गर्ने अवस्थाहरू खराब छन्। उच्च थ्रस्ट/वजन अनुपातको साथ इन्जिनको हट एन्ड कम्पोनेन्टहरूको सेवा जीवन 2000h भन्दा बढी छ। तसर्थ, टर्बाइन ब्लेड मिश्रमा 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 ओक्सीकरण प्रतिरोध र जंग प्रतिरोध; राम्रो थर्मल चालकता र रैखिक विस्तार को कम गुणांक; राम्रो कास्टिंग प्रक्रिया प्रदर्शन; दीर्घकालीन संरचनात्मक स्थिरता, सेवा तापमानमा कुनै TCP चरण वर्षा छैन। लागू गरिएको मिश्र चार चरणहरू मार्फत जान्छ; विकृत मिश्र धातु अनुप्रयोगहरू GH4033, GH4143, GH4118, आदि समावेश छन्; कास्टिङ मिश्र धातुको प्रयोगमा K403, K417, K418, K405, दिशात्मक रूपमा ठोस सुनको DZ4, DZ22, एकल क्रिस्टल मिश्र DD3, DD8, PW1484, आदि समावेश छन्। हाल, यो एकल क्रिस्टल मिश्रको तेस्रो पुस्तामा विकसित भएको छ। चीनको एकल क्रिस्टल मिश्र धातु DD3 र DD8 क्रमशः चीनको टर्बाइन, टर्बोफ्यान इन्जिन, हेलिकप्टर र शिपबोर्न इन्जिनहरूमा प्रयोग गरिन्छ।
3. टर्बाइन डिस्क लागि उच्च तापमान मिश्र धातु
टर्बाइन डिस्क टर्बाइन इन्जिनको सबैभन्दा तनावपूर्ण घुमाउने असर भाग हो। 8 र 10 को थ्रस्ट वजन अनुपातको साथ इन्जिनको व्हील फ्ल्यान्जको कार्य तापमान 650 ℃ र 750 ℃ पुग्छ, र पाङ्ग्रा केन्द्रको तापमान लगभग 300 ℃ छ, ठूलो तापमान भिन्नता संग। सामान्य रोटेशनको समयमा, यसले ब्लेडलाई उच्च गतिमा घुमाउन चलाउँछ र अधिकतम केन्द्रापसारक बल, थर्मल तनाव र कम्पन तनाव सहन गर्दछ। प्रत्येक स्टार्ट र स्टप एक चक्र, चक्र केन्द्र हो। घाँटी, ग्रोभ तल्लो र रिम सबै फरक मिश्रित तनाव सहन। मिश्र धातुमा उच्चतम उपज बल, प्रभाव कठोरता र सेवा तापमानमा कुनै खाच संवेदनशीलता हुनु आवश्यक छ; कम रैखिक विस्तार गुणांक; निश्चित ओक्सीकरण र जंग प्रतिरोध; राम्रो काटन प्रदर्शन।
4. एयरोस्पेस superalloy
तरल रकेट इन्जिनमा रहेको सुपरअलोयलाई थ्रस्ट च्याम्बरमा दहन कक्षको इन्धन इन्जेक्टर प्यानलको रूपमा प्रयोग गरिन्छ; टर्बाइन पम्प एल्बो, फ्ल्यान्ज, ग्रेफाइट रडर फास्टनर, इत्यादि। तरल रकेट इन्जिनमा उच्च तापक्रम मिश्र धातु थ्रस्ट च्याम्बरमा इन्धन च्याम्बर इन्जेक्टर प्यानलको रूपमा प्रयोग गरिन्छ; टर्बाइन पम्प एल्बो, फ्ल्यान्ज, ग्रेफाइट रडर फास्टनर, आदि। GH4169 टर्बाइन रोटर, शाफ्ट, शाफ्ट स्लिभ, फास्टनर र अन्य महत्त्वपूर्ण असर भागहरूको सामग्रीको रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
अमेरिकी तरल रकेट इन्जिनको टर्बाइन रोटर सामग्रीमा मुख्यतया इनटेक पाइप, टर्बाइन ब्लेड र डिस्क समावेश छन्। GH1131 मिश्र धातु प्रायः चीनमा प्रयोग गरिन्छ, र टर्बाइन ब्लेड काम गर्ने तापमानमा निर्भर गर्दछ। Inconel x, Alloy713c, Astroloy र Mar-M246 क्रमशः प्रयोग गर्नुपर्छ; ह्वील डिस्क सामग्रीहरूमा Inconel 718, Waspaloy, आदि समावेश छन्। GH4169 र GH4141 अभिन्न टर्बाइनहरू प्रायः प्रयोग गरिन्छ, र GH2038A इन्जिन शाफ्टको लागि प्रयोग गरिन्छ।