Хӯлаи гармии баландро инчунин хӯлаи қувваи гармӣ меноманд. Мувофиқи сохтори матритса, маводҳоро ба се категория тақсим кардан мумкин аст: дар асоси никел дар асоси оҳан ва хром. Мувофиқи режими истеҳсолӣ, он метавонад ба суперхӯлаи деформатсияшуда ва суперхӯлаи рехташуда тақсим карда шавад.
Он дар соҳаи кайҳон ашёи хоми ивазнашаванда мебошад. Он маводи калидӣ барои қисми ҳарорати баланд дар муҳаррикҳои истеҳсоли кайҳонӣ ва авиатсионӣ мебошад. Он асосан барои истеҳсоли камераи сӯзишворӣ, теғи турбина, теғи роҳнамо, диски компрессор ва турбина, корпуси турбина ва дигар қисмҳо истифода мешавад. Миқдори ҳарорати хидматрасонӣ 600 ℃ - 1200 ℃ аст. Стресс ва шароити муҳити зист бо қисмҳои истифодашуда фарқ мекунанд. Нисбат ба хосиятхои механикй, физикй ва химиявии хӯла талаботи қатъӣ муқаррар карда мешавад. Ин омили ҳалкунанда барои фаъолият, эътимоднокӣ ва ҳаёти муҳаррик мебошад. Аз ин рӯ, superalloy яке аз лоиҳаҳои асосии тадқиқотӣ дар соҳаи аэрокосмос ва мудофиаи миллӣ дар кишварҳои пешрафта мебошад.
Самтҳои асосии истифодаи superalloys инҳоянд:
1. Хӯлаи ҳарорати баланд барои камераи сӯзишворӣ
Камераи сӯзишворӣ (инчунин бо номи найи аловӣ маълум аст) муҳаррики турбинаи авиатсионӣ яке аз ҷузъҳои асосии ҳарорати баланд мебошад. Азбаски атомизатсияи сӯзишворӣ, омехта кардани нафту газ ва дигар равандҳо дар камераи сӯзишворӣ сурат мегиранд, ҳарорати ҳадди аксар дар камераи сӯзишворӣ метавонад ба 1500 ℃ - 2000 ℃ ва ҳарорати девор дар камераи сӯзишворӣ ба 1100 ℃ расад. Дар баробари ин, он инчунин фишори гармӣ ва фишори газро ба бор меорад. Аксари муҳаррикҳои дорои таносуби баланди фишор/вазн камераҳои сӯзишвориро истифода мебаранд, ки дарозии кӯтоҳ ва иқтидори гармии баланд доранд. Ҳарорати максималӣ дар камераи сӯзишворӣ ба 2000 ℃ мерасад ва ҳарорати девор пас аз плёнкаи газ ё хунуккунии буғ ба 1150 ℃ мерасад. Градиентҳои калони ҳарорат дар байни қисмҳои гуногун фишори гармиро ба вуҷуд меоранд, ки ҳангоми тағирёбии ҳолати корӣ якбора баланд ва паст мешаванд. Мавод ба зарбаи гармидиҳӣ ва сарбории гармидиҳӣ дучор мешавад ва таҳриф, тарқишҳо ва дигар хатогиҳо ба амал меоянд. Умуман, камераи сӯзишворӣ аз хӯлаи варақ сохта шуда, талаботҳои техникӣ мувофиқи шароити хидматрасонии қисмҳои мушаххас ба таври зерин ҷамъбаст карда мешаванд: он дорои муқовимати муайяни оксидшавӣ ва муқовимат ба зангзании газ дар шароити истифодаи хӯлаи ҳарорат ва газ; Он дорои қувваи муайяни фаврӣ ва устуворӣ, иҷрои хастагии гармӣ ва коэффисиенти пасти васеъшавӣ дорад; Он дорои қобилияти кофии пластикӣ ва кафшер барои таъмини коркард, ташаккул ва пайвастшавӣ; Он дорои суботи хуби ташкилӣ дар давраи гармӣ барои таъмини кори боэътимод дар тӯли мӯҳлати хидмат мебошад.
а. MA956 хӯлаи ламинати ковокӣ
Дар марҳилаи аввал, ламинати ковок аз варақи хӯлаи HS-188 тавассути пайвасти диффузӣ пас аз аксбардорӣ, кандакорӣ, чуқурӣ ва шкала сохта шуд. Мувофиқи талаботи тарроҳӣ қабати дарунӣ метавонад ба канали беҳтарини хунуккунӣ табдил дода шавад. Ин сардшавии сохтор танҳо ба 30% гази хунуккунии хунуккунии филми анъанавӣ ниёз дорад, ки метавонад самаранокии давраи гармии муҳаррикро беҳтар кунад, иқтидори воқеии гармии маводи камераи сӯзишро коҳиш диҳад, вазнро коҳиш диҳад ва вазнро афзоиш диҳад. таносуби. Дар айни замой пеш аз ба кор андохтани он технологияи асосиро рахна кардан лозим аст. Ламинати ковокии аз MA956 сохташуда насли нави маводи камераи сӯзишворӣ мебошад, ки аз ҷониби Иёлоти Муттаҳида ҷорӣ карда шудааст, ки онро дар ҳарорати 1300 ℃ истифода бурдан мумкин аст.
б. Истифодаи композитҳои сафолӣ дар камераи сӯзишворӣ
Иёлоти Муттаҳида аз соли 1971 ба санҷиши имконпазирии истифодаи сафол барои турбинаҳои газ шурӯъ кардааст. Дар соли 1983, баъзе гурӯҳҳое, ки дар Иёлоти Муттаҳида бо коркарди маводи пешрафта машғул буданд, як қатор нишондиҳандаҳои самаранокии турбинаҳои газиро, ки дар ҳавопаймоҳои пешрафта истифода мешаванд, таҳия карданд. Ин нишондиҳандаҳо инҳоянд: ҳарорати даромади турбина то 2200 ℃ зиёд карда шавад; Дар ҳолати сӯхтани ҳисобҳои кимиёвӣ кор кунед; Зичии ба ин қисмҳо гузошташударо аз 8 г/см3 то 5 г/см3 кам кунед; Хунуккунии ҷузъҳоро бекор кунед. Барои қонеъ кардани ин талабот, маводи омӯхташуда ба ғайр аз сафолҳои якфазаӣ графит, матритсаи металлӣ, композитҳои матритсаи сафолӣ ва пайвастагиҳои байниметаллӣ мебошанд. Композитҳои матритсаи сафолӣ (CMC) бартариҳои зерин доранд:
Коэффисиенти васеъшавии маводи сафолӣ нисбат ба хӯлаи никелӣ хеле хурдтар аст ва рӯйпӯшро пӯст кардан осон аст. Сохтани композитхои сафолии бо намаки мобайнии металли метавонад камбудии пошиданро бартараф созад, ки ин самти рушди маводи камераи сузиш мебошад. Ин маводро бо ҳавои хунуккунии 10% - 20% истифода бурдан мумкин аст ва ҳарорати изолятсияи металлӣ танҳо тақрибан 800 ℃ аст ва ҳарорати гармии гармӣ аз хунуккунии дивергентӣ ва хунуккунии филм хеле пасттар аст. Дар муҳаррики V2500 плиткаи муҳофизатии қабати сафолии рехташудаи суперхӯлаи B1900 истифода мешавад ва самти рушд иваз кардани плиткаи B1900 (бо рӯйпӯши сафолӣ) бо композити дар асоси SiC ё зиддиоксидшавии C/C мебошад. Композити матритсаи сафолӣ маводи таҳияи камераи сӯзиши муҳаррик бо таносуби вазни 15-20 ва ҳарорати хидматрасонии он 1538 ℃ - 1650 ℃ мебошад. Он барои қубури шӯъла, девори шинокунанда ва сӯзишворӣ истифода мешавад.
2. Хӯлаи ҳарорати баланд барои турбина
Майсаи турбинаи аэромуҳаррик яке аз ҷузъҳое мебошад, ки бори вазнинтарини ҳарорат ва бадтарин муҳити кории муҳаррикро ба ӯҳда дорад. Он бояд дар зери ҳарорати баланд фишори хеле калон ва мураккабро бардорад, бинобар ин талаботи моддии он хеле сахт аст. Суперхӯлаҳо барои чархҳои турбинаи аэромуҳаррикӣ ба инҳо тақсим мешаванд:
a.High ҳарорати хӯлаи барои дастур
Дефлектор яке аз қисмҳои муҳаррики турбина мебошад, ки аз гармӣ бештар таъсир мерасонад. Ҳангоми дар камераи сӯзишворӣ сӯзиши нобаробар ба амал меояд, сарбории гармидиҳии пардаи роҳнамоии марҳилаи якум калон аст, ки ин сабаби асосии вайрон шудани лампаи роҳнамо мебошад. Ҳарорати хидматрасонии он аз ҳарорати турбина тақрибан 100 ℃ баландтар аст. Фарқият дар он аст, ки қисмҳои статикӣ ба бори механикӣ дучор намешаванд. Одатан, боиси фишори гармӣ, таҳриф, кафидани хастагии гармӣ ва сӯхтани маҳаллӣ, ки аз тағирёбии босуръати ҳарорат ба вуҷуд омадааст, осон аст. Хӯлаи роҳнамо бояд дорои хосиятҳои зерин бошад: қувваи кофии ҳарорати баланд, иҷрои доимии хазандагон ва иҷрои хуби хастагии гармӣ, муқовимати баланди оксидшавӣ ва иҷрои зангзании гармӣ, фишори гармӣ ва муқовимат ба ларзиш, қобилияти деформатсияи хамшавӣ, иҷрои хуби қолаби раванди рехтагарӣ ва кафшерӣ, ва иҷрои муҳофизати рӯйпӯш.
Дар айни замон, аксари муҳаррикҳои пешрафтаи дорои таносуби баланди фишор/вазн аз теғҳои рехтаи холӣ истифода мешаванд ва суперхӯлаҳои никел дар асоси самтнок ва яккристалл интихоб карда мешаванд. Муҳаррик бо таносуби баланди вазн дорои ҳарорати баланди 1650 ℃ - 1930 ℃ аст ва бояд бо қабати изолятсияи гармидиҳӣ муҳофизат карда шавад. Ҳарорати хидматрасонии хӯлаи майса дар шароити хунуккунӣ ва муҳофизати пӯшиш беш аз 1100 ℃ аст, ки дар оянда талаботҳои нав ва баландтарро нисбат ба арзиши зичии ҳарорат аз маводи майсаи роҳнамо ба миён мегузорад.
б. Superalloys барои чархҳои турбина
Тирҳои турбина қисмҳои асосии гардиши гармии муҳаррикҳои авиатсионӣ мебошанд. Ҳарорати кори онҳо аз 50 ℃ - 100 ℃ пасттар аз теғҳои роҳнамо аст. Онҳо ҳангоми гардиш ба фишори бузурги марказгурез, фишори ларзиш, фишори гармӣ, тозакунии ҷараёни ҳаво ва дигар таъсирот дучор мешаванд ва шароити корӣ бад аст. Муҳлати хизмати ҷузъҳои охири гарми муҳаррик бо таносуби баланди фишор/вазн зиёда аз 2000 соат аст. Аз ин рӯ, хӯлаи майсаи турбина бояд муқовимати баланди хазандагон ва қувваи шикаста дар ҳарорати хидмат, дорои хосиятҳои ҳамаҷонибаи хуби ҳарорати баланд ва миёна, ба монанди хастагии давраи баланд ва паст, хастагии хунук ва гарм, пластикии кофӣ ва сахтии таъсир ва ҳассосияти нохун бошад; Муқовимати баланди оксидшавӣ ва муқовимати зангзанӣ; Қобилияти хуби гармӣ ва коэффисиенти пасти васеъшавии хатӣ; Иҷрои хуби раванди рехтагарӣ; Устувории дарозмуддати сохторӣ, боришоти марҳилаи TCP дар ҳарорати хидмат вуҷуд надорад. Хӯлаи татбиқшаванда аз чор марҳила мегузарад; Барномаҳои хӯлаи деформатсияшуда GH4033, GH4143, GH4118 ва ғайраҳоро дар бар мегиранд; Ба корбурди хӯлаи рехтагарӣ дохил K403, K417, K418, K405, directionally solidified тиллои DZ4, DZ22, хӯлаи ягона булӯр DD3, DD8, PW1484 ва ғайра. Дар айни замон, он ба насли сеюми хӯлаҳои яккристалл таҳия кардааст. Хӯлаи монокристалии Чин DD3 ва DD8 мутаносибан дар турбинаҳо, муҳаррикҳои турбофанӣ, чархболҳо ва муҳаррикҳои киштӣ истифода мешаванд.
3. Хӯлаи ҳарорати баланд барои диски турбина
Диски турбина қисми пурборкунандаи гардиши муҳаррики турбина мебошад. Ҳарорати кории ҳалқаи чархи муҳаррик бо таносуби вазни 8 ва 10 ба 650 ℃ ва 750 ℃ мерасад ва ҳарорати маркази чарх тақрибан 300 ℃ бо фарқияти калони ҳарорат аст. Ҳангоми гардиши муқаррарӣ, он майсаро бо суръати баланд чарх мезанад ва қувваи максималии марказӣ, фишори гармӣ ва фишори ларзишро ба ӯҳда дорад. Ҳар як оғоз ва қатъ як давра аст, маркази чархи. Гулӯ, қаъри чуқурӣ ва ҳалқаҳо ҳама фишорҳои гуногуни таркибӣ доранд. Хӯла талаб карда мешавад, ки қувваи баландтарини ҳосилнокӣ, сахтии таъсир ва ҳассосияти ночиз дар ҳарорати хидмат дошта бошад; Коэффисиенти пасти васеъшавии хатӣ; Муқовимати муайяни оксидшавӣ ва зангзанӣ; Фаъолияти хуби буридан.
4. Хӯлаи аълои кайҳонӣ
Суперхӯла дар муҳаррики ракетаи моеъ ҳамчун панели сӯзишвории камераи сӯзишворӣ дар камераи фишор истифода мешавад; Оринҷи насоси турбина, фланец, пайвандкунандаи рули графитӣ ва ғайра. Хӯлаи ҳарорати баланд дар муҳаррики ракетаи моеъ ҳамчун панели инжектори камераи сӯзишворӣ дар камераи фишор истифода мешавад; Оринҷи насоси турбина, ҳалқа, графитӣ руль, ва ғайра GH4169 ҳамчун маводи ротори турбина, чоҳи, остин чоҳи, fastener ва дигар қисмҳои подшипник муҳим истифода бурда мешавад.
Маводҳои ротори турбинаи муҳаррики мушакии моеъи амрикоӣ асосан қубурҳои қабулкунанда, теғи турбина ва дискро дар бар мегиранд. Хӯлаи GH1131 асосан дар Чин истифода мешавад ва майсаи турбина аз ҳарорати корӣ вобаста аст. Inconel x, Alloy713c, Astroloy ва Mar-M246 бояд пайдарпай истифода шаванд; Маводҳои диски чархи Inconel 718, Waspaloy ва ғайраро дар бар мегиранд. Аксаран турбинаҳои интегралии GH4169 ва GH4141 истифода мешаванд ва барои чоҳи муҳаррик GH2038A истифода мешаванд.