Alttemperatura alojo ankaŭ estas nomita varmforta alojo. Laŭ la matrica strukturo, materialoj povas esti dividitaj en tri kategoriojn: fer-bazitaj nikel-bazitaj kaj krom-bazitaj. Laŭ produktadreĝimo, ĝi povas esti dividita en misformitan superalojon kaj gisitan superalojon.
Ĝi estas nemalhavebla krudaĵo en la aerospaca kampo. Ĝi estas la ŝlosila materialo por la alt-temperatura parto de aerospacaj kaj aviadaj fabrikaj motoroj. Ĝi estas ĉefe uzata por fabrikado de brulĉambro, turbinklingo, gvidklingo, kompresoro kaj turbindisko, turbinujo kaj aliaj partoj. La serva temperaturo-intervalo estas 600 ℃ - 1200 ℃. La streso kaj mediaj kondiĉoj varias laŭ la partoj uzitaj. Estas striktaj postuloj por la mekanikaj, fizikaj kaj kemiaj trajtoj de la alojo. Ĝi estas la decida faktoro por la rendimento, fidindeco kaj vivo de la motoro. Tial, superalojo estas unu el la ŝlosilaj esplorprojektoj en la kampoj de aerospaco kaj nacia defendo en evoluintaj landoj.
La ĉefaj aplikoj de superalojoj estas:
1. Alta temperatura alojo por brulĉambro
La brulkamero (ankaŭ konata kiel flamtubo) de aviada turbinmotoro estas unu el la esencaj alt-temperaturaj komponentoj. Ĉar fuela atomizado, nafto- kaj gas-miksado kaj aliaj procezoj estas efektivigitaj en la brulĉambro, la maksimuma temperaturo en la brulĉambro povas atingi 1500 ℃ - 2000 ℃, kaj la murtemperaturo en la brulĉambro povas atingi 1100 ℃. Samtempe, ĝi ankaŭ portas termikan streson kaj gasan streson. La plej multaj motoroj kun alta puŝo/pezproporcio uzas ringoformajn brulkamerojn, kiuj havas mallongan longon kaj altan varmokapaciton. La maksimuma temperaturo en la brulĉambro atingas 2000 ℃, kaj la murtemperaturo atingas 1150 ℃ post gasa filmo aŭ vapora malvarmigo. Grandaj temperaturgradientoj inter diversaj partoj generos termikan streson, kiu akre altiĝos kaj falos kiam la laborstato ŝanĝiĝos. La materialo estos submetata al termika ŝoko kaj termika laceca ŝarĝo, kaj estos distordo, fendoj kaj aliaj misfunkciadoj. Ĝenerale, la brulĉambro estas farita el folia alojo, kaj la teknikaj postuloj estas resumitaj jene laŭ la servokondiĉoj de specifaj partoj: ĝi havas certan oksidigan reziston kaj gasan korodan reziston sub la kondiĉoj de uzado de alt-temperatura alojo kaj gaso; Ĝi havas certan tujan kaj eltenan forton, termikan laciĝon kaj malaltan ekspansiokoeficienton; Ĝi havas sufiĉan plastikecon kaj veldan kapablon por certigi prilaboradon, formadon kaj konekton; Ĝi havas bonan organizan stabilecon sub termika ciklo por certigi fidindan operacion en la funkcidaŭro.
a. MA956 aloja pora lamenaĵo
En la frua stadio, la pora lamenaĵo estis farita el HS-188 aloja folio per disvastigligo post estado fotita, gravurita, kanelita kaj truita. La interna tavolo povas esti farita en ideala malvarmiga kanalo laŭ la dezajnaj postuloj. Ĉi tiu struktura malvarmigo bezonas nur 30% de la malvarmiga gaso de la tradicia filmo-malvarmigo, kio povas plibonigi la termikan ciklan efikecon de la motoro, redukti la realan varmecan portantan kapaciton de la brulĉambra materialo, redukti la pezon kaj pliigi la puŝpezon. rilatumo. Nuntempe, estas ankoraŭ necese trarompi la ŝlosilan teknologion antaŭ ol ĝi povas esti praktikita. La pora lamenaĵo farita el MA956 estas nova generacio de brulĉambra materialo enkondukita de Usono, kiu povas esti uzata je 1300 ℃.
b. Apliko de ceramikaj kunmetaĵoj en brulĉambro
Usono komencis kontroli la fareblecon de uzado de ceramikaĵo por gasturbinoj ekde 1971. En 1983, kelkaj grupoj okupiĝantaj pri la evoluo de altnivelaj materialoj en Usono formulis serion da rendimentindikiloj por gasturbinoj uzitaj en progresintaj aviadiloj. Ĉi tiuj indikiloj estas: pliigi la turbinan enirtemperaturon al 2200 ℃; Funkcii sub la brula stato de kemia kalkulo; Reduktu la densecon aplikitan al ĉi tiuj partoj de 8g/cm3 ĝis 5g/cm3; Nuligi malvarmigon de komponantoj. Por plenumi ĉi tiujn postulojn, la studitaj materialoj inkluzivas grafiton, metalan matricon, ceramikan matrican kunmetaĵojn kaj intermetalajn kunmetaĵojn krom unufaza ceramikaĵo. Ceramikaj matricaj kunmetaĵoj (CMC) havas la sekvajn avantaĝojn:
La ekspansio-koeficiento de ceramika materialo estas multe pli malgranda ol tiu de nikel-bazita alojo, kaj la tegaĵo estas facile senŝeliga. Farado de ceramikaj kunmetaĵoj kun meza metala felto povas venki la difekton de skuado, kiu estas la evoluodirekto de brulĉambraj materialoj. Ĉi tiu materialo povas esti uzata kun 10% - 20% malvarmiga aero, kaj la temperaturo de metala malantaŭa izolado estas nur ĉirkaŭ 800 ℃, kaj la varmoporta temperaturo estas multe pli malalta ol tiu de diverĝa malvarmigo kaj filmmalvarmigo. Roldita superalojo B1900 + ceramika tegaĵo protekta kahelo estas uzata en V2500-motoro, kaj la evoluodirekto estas anstataŭigi B1900 (kun ceramika tegaĵo) kahelo per SiC-bazita komponaĵo aŭ kontraŭ-oksidada C/C-komponaĵo. Ceramika matrica kunmetaĵo estas la evolumaterialo de motora brulkamero kun puŝopeza proporcio de 15-20, kaj ĝia serva temperaturo estas 1538 ℃ - 1650 ℃. Ĝi estas uzata por flamtubo, flosanta muro kaj postbrulilo.
2. Alta temperatura alojo por turbino
Aero-motora turbinklingo estas unu el la komponantoj, kiuj portas la plej severan temperaturŝarĝon kaj la plej malbonan labormedion en la aeromotoro. Ĝi devas elporti tre grandan kaj kompleksan streĉon sub alta temperaturo, do ĝiaj materialaj postuloj estas tre striktaj. La superalojoj por aermotoraj turbinklingoj estas dividitaj en:
a.Altaj temperaturo alojo por gvidilo
La deviilo estas unu el la partoj de la turbinmotoro kiuj estas plej trafitaj de varmeco. Kiam neegala brulado okazas en la brulkamero, la hejta ŝarĝo de la unua faza gvidŝirmilo estas granda, kio estas la ĉefa kialo de la damaĝo de la gvidilo. Ĝia serva temperaturo estas ĉirkaŭ 100 ℃ pli alta ol tiu de la turbinklingo. La diferenco estas, ke la senmovaj partoj ne estas submetataj al mekanika ŝarĝo. Kutime, estas facile kaŭzi termikan streson, distordon, termikan lacfendon kaj lokan brulvundon kaŭzitan de rapida temperaturŝanĝo. La gvida paleta alojo havos la jenajn trajtojn: sufiĉa alttemperatura forto, konstanta flua agado kaj bona termika laceca agado, alta oksidiĝa rezisto kaj termika koroda agado, termika streso kaj vibro-rezisto, fleksebla deformada kapablo, bona mulda agado kaj veldebleco, kaj tegaĵo protekto rendimento.
Nuntempe, la plej multaj progresintaj motoroj kun alta puŝo/peza rilatumo uzas kavajn gisitajn klingojn, kaj unukristalaj kaj unukristalaj nikelo-bazitaj superalojoj estas elektitaj. La motoro kun alta puŝo-peza rilatumo havas altan temperaturon de 1650 ℃ - 1930 ℃ kaj devas esti protektita per termika izola tegaĵo. La servotemperaturo de la klinga alojo sub malvarmigo kaj tega protektokondiĉoj estas pli ol 1100 ℃, kio prezentas novajn kaj pli altajn postulojn por la temperatura denseca kosto de la gvida klinga materialo en la estonteco.
b. Superalojoj por turbinklingoj
Turbinklingoj estas la ŝlosilaj varmoportantaj rotaciaj partoj de aeromotoroj. Ilia funkciada temperaturo estas 50 ℃ - 100 ℃ pli malalta ol la gvidklingoj. Ili portas grandan centrifugan streson, vibran streson, termikan streson, aerfluan purigadon kaj aliajn efikojn dum turnado, kaj la laborkondiĉoj estas malbonaj. La servodaŭro de la varmaj finaj komponantoj de la motoro kun alta puŝo/peza rilatumo estas pli ol 2000h. Sekve, la turbina klingo-alojo havos altan flureziston kaj krevan forton ĉe servotemperaturo, bonajn altajn kaj mezajn temperaturojn ampleksajn propraĵojn, kiel altan kaj malaltan ciklon lacecon, malvarman kaj varman lacecon, sufiĉan plastikecon kaj efikon fortikecon, kaj muesca sentemo; Alta oksida rezisto kaj koroda rezisto; Bona varmokondukteco kaj malalta koeficiento de linia ekspansio; Bona elfarado de procezo; Longperspektiva struktura stabileco, neniu TCP-faza precipitaĵo ĉe servotemperaturo. La aplikata alojo pasas tra kvar etapoj; Misformitaj alojaj aplikoj inkluzivas GH4033, GH4143, GH4118, ktp; La apliko de fandado de alojo inkluzivas K403, K417, K418, K405, direkte solidigitan oron DZ4, DZ22, unukristalajn alojojn DD3, DD8, PW1484, ktp. Nuntempe ĝi evoluis al la tria generacio de unukristalaj alojoj. La unukristala alojo de Ĉinio DD3 kaj DD8 estas respektive uzataj en la turbinoj, turboventoliloj, helikopteroj kaj ŝipmotoroj de Ĉinio.
3. Alta temperatura alojo por turbina disko
La turbindisko estas la plej streĉita rotacia portanta parto de la turbinmotoro. La labortemperaturo de la radflanĝo de la motoro kun la puŝopeza proporcio de 8 kaj 10 atingas 650 ℃ kaj 750 ℃, kaj la temperaturo de la rada centro estas ĉirkaŭ 300 ℃, kun granda temperaturdiferenco. Dum normala rotacio, ĝi movas la klingon por rotacii alta rapide kaj portas la maksimuman centrifugan forton, termikan streson kaj vibran streson. Ĉiu starto kaj halto estas ciklo, radocentro. La gorĝo, kanelfundo kaj rando ĉiuj portas malsamajn kunmetitajn stresojn. La alojo estas postulata por havi la plej altan produktadforton, efikfortecon kaj neniun noĉsentemon ĉe la servotemperaturo; Malalta lineara ekspansiokoeficiento; Certa oksidado kaj koroda rezisto; Bona tranĉa rendimento.
4. Aerospaca superalojo
La superalojo en la likva raketmotoro estas utiligita kiel la fuelinjekciilpanelo de la brulkamero en la puŝĉambro; Turbino pumpilo kubuto, flanĝo, grafita rudro fermilo, ktp Alta temperaturo alojo en likva raketmotoro estas uzata kiel brulaĵo ĉambro injektilo panelo en puŝo ĉambro; Turbino pumpilo kubuto, flanĝo, grafita rudro fermilo, ktp GH4169 estas uzata kiel la materialo de turbinrotoro, ŝafto, ŝafto maniko, fermilo kaj aliaj gravaj portantaj partoj.
La turbinaj rotoraj materialoj de usona likva raketmotoro ĉefe inkluzivas konsuman tubon, turbinklingon kaj diskon. GH1131-alojo estas plejparte uzata en Ĉinio, kaj la turbina klingo dependas de la labortemperaturo. Inconel x, Alloy713c, Astroloy kaj Mar-M246 devus esti uzataj sinsekve; La materialoj pri raddisko inkluzivas Inconel 718, Waspaloy, ktp. GH4169 kaj GH4141-integraj turbinoj estas plejparte uzataj, kaj GH2038A estas uzata por la motorŝakto.