Хӯлаи дорои ҳарорати баланд инчунин хӯлаи дорои қувваи гармӣ номида мешавад. Мувофиқи сохтори матритса, маводҳоро ба се категория тақсим кардан мумкин аст: никел дар асоси оҳан ва хром. Мувофиқи тарзи истеҳсол, онро ба суперхӯлаи деформатсияшуда ва суперхӯлаи рехташуда тақсим кардан мумкин аст.
Он ашёи хоми ҳатмӣ дар соҳаи кайҳонӣ мебошад. Он маводи калидӣ барои қисми ҳарорати баланди муҳаррикҳои истеҳсоли кайҳонӣ ва ҳавопаймоӣ мебошад. Он асосан барои истеҳсоли камераи сӯзиш, теғи турбина, теғи роҳнамо, компрессор ва диски турбина, корпуси турбина ва дигар қисмҳо истифода мешавад. Диапазони ҳарорати хизматрасонӣ 600 ℃ - 1200 ℃ аст. Шароити фишор ва муҳити зист вобаста ба қисмҳои истифодашаванда фарқ мекунад. Барои хосиятҳои механикӣ, физикӣ ва химиявии хӯла талаботи қатъӣ мавҷуданд. Он омили ҳалкунанда барои самаранокӣ, эътимоднокӣ ва мӯҳлати кори муҳаррик мебошад. Аз ин рӯ, суперхӯла яке аз лоиҳаҳои калидии тадқиқотӣ дар соҳаҳои кайҳонӣ ва мудофиаи миллӣ дар кишварҳои пешрафта мебошад.
Истифодаи асосии суперхӯлаҳо инҳоянд:
1. Хӯлаи ҳарорати баланд барои камераи сӯзиш
Камераи сӯзиш (инчунин бо номи найчаи аланга маълум аст)-и муҳаррики турбинаи ҳавопаймоӣ яке аз ҷузъҳои калидии ҳарорати баланд мебошад. Азбаски атомизатсияи сӯзишворӣ, омезиши нафт ва газ ва дигар равандҳо дар камераи сӯзишворӣ анҷом дода мешаванд, ҳарорати ҳадди аксар дар камераи сӯзишворӣ метавонад ба 1500 ℃ - 2000 ℃ ва ҳарорати девор дар камераи сӯзишворӣ метавонад ба 1100 ℃ расад. Дар айни замон, он инчунин фишори гармӣ ва фишори газро таҳаммул мекунад. Аксари муҳаррикҳо бо таносуби баланди тела/вазн аз камераҳои сӯзиши ҳалқавӣ истифода мебаранд, ки дарозии кӯтоҳ ва иқтидори гармии баланд доранд. Ҳарорати ҳадди аксар дар камераи сӯзишворӣ ба 2000 ℃ мерасад ва ҳарорати девор пас аз хунуккунии плёнкаи газ ё буғ ба 1150 ℃ мерасад. Тафовутҳои калони ҳарорат байни қисмҳои гуногун фишори гармиро ба вуҷуд меоранд, ки ҳангоми тағир ёфтани ҳолати корӣ якбора баланд ва паст мешаванд. Мавод ба зарбаи гармӣ ва бори хастагии гармӣ дучор мешавад ва каҷравӣ, тарқишҳо ва дигар нуқсонҳо ба вуҷуд меоянд. Умуман, камераи сӯзишворӣ аз хӯлаи варақӣ сохта шудааст ва талаботи техникӣ мувофиқи шароити хидматрасонии қисмҳои мушаххас чунин ҷамъбаст карда мешаванд: он дар шароити истифодаи хӯлаи баландҳарорат ва газ муқовимати муайяни оксидшавӣ ва муқовимати зангзании газ дорад; Он дорои қувваи фаврӣ ва устувории муайян, самаранокии хастагии гармӣ ва коэффитсиенти пасти васеъшавӣ мебошад; Он дорои қобилияти кофии пластикӣ ва кафшер барои таъмини коркард, шаклдиҳӣ ва пайвастшавӣ мебошад; Он дар давраи гармӣ устувории хуби ташкилӣ дорад, то кори боэътимодро дар тӯли мӯҳлати хизмат таъмин кунад.
а. Ламинати сӯрохии хӯлаи MA956
Дар марҳилаи аввал, ламинати сӯрохдор аз варақаи хӯлаи HS-188 бо роҳи пайванди диффузионӣ пас аз аксбардорӣ, кандакорӣ, чуқурча ва сӯрохкунӣ сохта мешуд. Қабати дарунӣ мувофиқи талаботи тарроҳӣ метавонад ба канали беҳтарини хунуккунӣ табдил дода шавад. Ин хунуккунии сохтор танҳо ба 30% гази хунуккунии хунуккунии анъанавии плёнка ниёз дорад, ки метавонад самаранокии давраи гармии муҳаррикро беҳтар кунад, иқтидори воқеии гармии маводи камераи сӯзишро кам кунад, вазнро кам кунад ва таносуби вазни тела-вазнро афзоиш диҳад. Дар айни замон, пеш аз истифодаи амалӣ, бояд технологияи калидиро аз худ кард. Ламинати сӯрохдор аз MA956 як насли нави маводи камераи сӯзиш аст, ки аз ҷониби Иёлоти Муттаҳида муаррифӣ шудааст ва метавонад дар ҳарорати 1300 ℃ истифода шавад.
б. Истифодаи композитҳои керамикӣ дар камераи сӯзиш
Иёлоти Муттаҳида аз соли 1971 инҷониб санҷиши имконпазирии истифодаи сафолро барои турбинаҳои газӣ оғоз кардааст. Дар соли 1983, баъзе гурӯҳҳое, ки дар Иёлоти Муттаҳида ба таҳияи маводҳои пешрафта машғул буданд, як қатор нишондиҳандаҳои самаранокиро барои турбинаҳои газӣ, ки дар ҳавопаймоҳои пешрафта истифода мешаванд, таҳия карданд. Ин нишондиҳандаҳо инҳоянд: баланд бардоштани ҳарорати вуруди турбина то 2200 ℃; кор кардан дар ҳолати сӯхтани ҳисобҳои кимиёвӣ; кам кардани зичии татбиқшаванда ба ин қисмҳо аз 8г/см3 то 5г/см3; бекор кардани хунуккунии ҷузъҳо. Барои қонеъ кардани ин талабот, маводҳои омӯхташуда илова бар сафолҳои якфазавӣ, графит, матритсаи металлӣ, композитҳои матритсаи сафолӣ ва пайвастагиҳои байниметаллиро дар бар мегиранд. Композитҳои матритсаи сафолӣ (CMC) бартариҳои зеринро доранд:
Коэффитсиенти васеъшавии маводи сафолӣ нисбат ба хӯлаи никелӣ хеле хурдтар аст ва пӯшиш ба осонӣ канда мешавад. Сохтани композитҳои сафолӣ бо намади металлии миёнаравӣ метавонад камбудии пошхӯриро, ки самти рушди маводи камераи сӯзиш аст, бартараф кунад. Ин маводро бо ҳавои хунуккунии 10% - 20% истифода бурдан мумкин аст ва ҳарорати изолятсияи қафои металлӣ танҳо тақрибан 800 ℃ аст ва ҳарорати гармидиҳӣ нисбат ба хунуккунии дивергентӣ ва хунуккунии плёнка хеле пасттар аст. Плитаи муҳофизатии рӯйпӯши сафолии суперхӯлаи рехташуда B1900+ дар муҳаррики V2500 истифода мешавад ва самти рушд иваз кардани плитаи B1900 (бо рӯйпӯши сафолӣ) бо композити дар асоси SiC ё композити зиддиоксидшавии C/C мебошад. Композитсияи матритсаи сафолӣ маводи таҳияшудаи камераи сӯзиши муҳаррик бо таносуби вазни теладиҳӣ 15-20 мебошад ва ҳарорати хидматрасонии он 1538 ℃ - 1650 ℃ аст. Он барои найчаи аланга, девори шинокунанда ва сӯзонандаи пас аз сӯзишворӣ истифода мешавад.
2. Хӯлаи ҳарорати баланд барои турбина
Теғи турбинаи муҳаррики ҳавоӣ яке аз ҷузъҳоест, ки бори вазнинтарини ҳарорат ва бадтарин муҳити кориро дар муҳаррики ҳавоӣ таҳаммул мекунад. Он бояд дар ҳарорати баланд фишори хеле калон ва мураккабро таҳаммул кунад, аз ин рӯ талаботи маводаш хеле сахт аст. Суперхӯлаҳо барои теғҳои турбинаи муҳаррики ҳавоӣ ба инҳо тақсим мешаванд:
а. Хӯлаи ҳарорати баланд барои роҳнамо
Дефлектор яке аз қисмҳои муҳаррики турбина аст, ки аз гармӣ бештар таъсир мебинад. Вақте ки дар камераи сӯзишворӣ сӯзиши нобаробар ба амал меояд, бори гармкунии пардаи роҳнамои марҳилаи аввал калон аст, ки сабаби асосии вайрон шудани пардаи роҳнамо мебошад. Ҳарорати хидматрасонии он тақрибан 100 ℃ нисбат ба пардаи турбина баландтар аст. Фарқият дар он аст, ки қисмҳои статикӣ ба бори механикӣ дучор намешаванд. Одатан, ба осонӣ ба вуҷуд омадани фишори гармӣ, таҳриф, тарқишҳои хастагии гармӣ ва сӯхтагии маҳаллӣ, ки дар натиҷаи тағирёбии босуръати ҳарорат ба вуҷуд меоянд, имконпазир аст. Хӯлаи пардаи роҳнамо бояд дорои хосиятҳои зерин бошад: қувваи кофии ҳарорати баланд, самаранокии доимии хазидан ва самаранокии хуби хастагии гармӣ, муқовимати баланди оксидшавӣ ва самаранокии зангзании гармӣ, муқовимати стресси гармӣ ва ларзиш, қобилияти деформатсияи хамшавӣ, самаранокии хуби қолабгирии раванди рехтагарӣ ва кафшеркунӣ ва самаранокии муҳофизати рӯйпӯш.
Дар айни замон, аксари муҳаррикҳои пешрафта бо таносуби баланди тела/вазн аз теғҳои рехтаи холӣ истифода мебаранд ва суперхӯлаҳои никелии самтӣ ва яккристаллӣ интихоб карда мешаванд. Муҳаррики дорои таносуби баланди тела/вазн ҳарорати баланди 1650 ℃ - 1930 ℃ дорад ва бояд бо рӯйпӯши изолятсияи гармӣ муҳофизат карда шавад. Ҳарорати хидматрасонии хӯлаи теғ дар шароити хунуккунӣ ва муҳофизати рӯйпӯш зиёда аз 1100 ℃ аст, ки дар оянда талаботи нав ва баландтарро барои арзиши зичии ҳарорати маводи теғи роҳнамо пешниҳод мекунад.
б. Суперхӯлаҳо барои теғҳои турбина
Теғҳои турбина қисмҳои калидии гардиши гармидиҳандаи муҳаррикҳои ҳавопаймоӣ мебошанд. Ҳарорати кори онҳо аз теғҳои роҳнамо 50 ℃ - 100 ℃ пасттар аст. Онҳо ҳангоми гардиш фишори баланди марказгурез, фишори ларзиш, фишори гармӣ, тозакунии ҷараёни ҳаво ва дигар таъсирҳоро таҳаммул мекунанд ва шароити корӣ бад аст. Мӯҳлати кори ҷузъҳои гарми муҳаррик бо таносуби баланди тела/вазн зиёда аз 2000 соат аст. Аз ин рӯ, хӯлаи теғи турбина бояд дар ҳарорати хизматӣ муқовимати баланди хазидан ва қувваи шикастан дошта бошад, хосиятҳои хуби ҳамаҷонибаи ҳарорати баланд ва миёна, ба монанди хастагии давраҳои баланд ва паст, хастагии хунук ва гарм, пластикии кофӣ ва устувории зарба ва ҳассосияти сӯрох дошта бошад; Муқовимати баланди оксидшавӣ ва муқовимати зангзанӣ; Гузаронандагии хуби гармӣ ва коэффитсиенти пасти васеъшавии хаттӣ; Иҷрои хуби раванди рехтагарӣ; Устувории дарозмуддати сохторӣ, набудани боришоти фазаи TCP дар ҳарорати хизматӣ. Хӯлаи истифодашуда аз чор марҳила мегузарад; Истифодаи хӯлаи деформатсионӣ GH4033, GH4143, GH4118 ва ғайраро дар бар мегирад; Истифодаи хӯлаи рехтагарӣ K403, K417, K418, K405, тиллои сахтшудаи самтӣ DZ4, DZ22, хӯлаи монокристаллӣ DD3, DD8, PW1484 ва ғайраро дар бар мегирад. Дар айни замон, он ба насли сеюми хӯлаҳои монокристаллӣ табдил ёфтааст. Хӯлаи монокристаллӣ DD3 ва DD8 мутаносибан дар турбинаҳо, муҳаррикҳои турбовентиляторӣ, чархболҳо ва муҳаррикҳои киштии Чин истифода мешавад.
3. Хӯлаи ҳарорати баланд барои диски турбина
Диски турбинӣ қисми аз ҳама фишорноктарини гардиши подшипники муҳаррики турбина мебошад. Ҳарорати кории фланҷи чархи муҳаррик бо таносуби вазни теладиҳӣ 8 ва 10 ба 650 ℃ ва 750 ℃ мерасад ва ҳарорати маркази чарх тақрибан 300 ℃ аст, ки фарқияти калони ҳарорат дорад. Ҳангоми гардиши муқаррарӣ, он теғро бо суръати баланд гардиш мекунад ва қувваи марказгурез, фишори гармӣ ва фишори ларзишро ба ҳадди аксар мерасонад. Ҳар як оғоз ва қатъ як давр, маркази чарх аст. Гулӯ, поёни чуқурча ва ҳалқа ҳама фишорҳои гуногуни таркибӣ доранд. Хӯла бояд дар ҳарорати хидматрасонӣ қувваи баландтарини ҳосилнокӣ, устувории зарба ва ҳассосияти бе буриш дошта бошад; Коэффитсиенти пасти васеъшавии хаттӣ; Муқовимати муайяни оксидшавӣ ва зангзанӣ; Иҷрои хуби буриш.
4. Суперхӯлаи аэрокосмӣ
Суперхӯла дар муҳаррики мушаки моеъ ҳамчун панели сӯзишвории камераи сӯзишворӣ дар камераи теладиҳанда истифода мешавад; оринҷи насоси турбина, фланҷ, мустаҳкамкунандаи рули графитӣ ва ғайра. Хӯлаи баландҳарорат дар муҳаррики мушаки моеъ ҳамчун панели сӯзишвории камераи сӯзишворӣ дар камераи теладиҳанда истифода мешавад; оринҷи насоси турбина, фланҷ, мустаҳкамкунандаи рули графитӣ ва ғайра. GH4169 ҳамчун маводи ротори турбина, меҳвар, остин, мустаҳкамкунанда ва дигар қисмҳои муҳими подшипник истифода мешавад.
Маводҳои ротори турбинаи муҳаррики ракетаи моеъи Амрико асосан қубури вуруд, теғи турбина ва дискро дар бар мегиранд. Хӯлаи GH1131 асосан дар Чин истифода мешавад ва теғи турбина аз ҳарорати корӣ вобаста аст. Inconel x, Alloy713c, Astroloy ва Mar-M246 бояд пайдарпай истифода шаванд; Маводҳои диски чарх Inconel 718, Waspaloy ва ғайраро дар бар мегиранд. Турбинаҳои интегралии GH4169 ва GH4141 асосан истифода мешаванд ва GH2038A барои чоҳи муҳаррик истифода мешавад.