Alttemperatura alojo ankaŭ nomiĝas varmorezista alojo. Laŭ la matrica strukturo, materialoj povas esti dividitaj en tri kategoriojn: ferbazitaj, nikelbazitaj kaj krombazitaj. Laŭ la produktadmaniero, ili povas esti dividitaj en deformitajn superalojojn kaj fanditajn superalojojn.
Ĝi estas nemalhavebla kruda materialo en la aerspaca kampo. Ĝi estas la ŝlosila materialo por la alt-temperaturaj partoj de aerspacaj kaj aviadaj fabrikadaj motoroj. Ĝi estas ĉefe uzata por fabrikado de brulkameroj, turbinklingoj, gvidklingoj, kompresoroj kaj turbindiskoj, turbinujoj kaj aliaj partoj. La funkcitemperatura intervalo estas 600 ℃ - 1200 ℃. La streĉo kaj mediaj kondiĉoj varias laŭ la uzataj partoj. Ekzistas striktaj postuloj pri la mekanikaj, fizikaj kaj kemiaj ecoj de la alojo. Ĝi estas la decida faktoro por la funkciado, fidindeco kaj vivdaŭro de la motoro. Tial, superalojo estas unu el la ŝlosilaj esplorprojektoj en la kampoj de aerspaca kaj nacia defendo en evoluintaj landoj.
La ĉefaj aplikoj de superalojoj estas:
1. Alttemperatura alojo por brulkamero
La bruligĉambro (ankaŭ konata kiel flamotubo) de aviada turbinmotoro estas unu el la ŝlosilaj alt-temperaturaj komponantoj. Ĉar la atomigo de fuelo, la miksado de oleo kaj gaso kaj aliaj procezoj okazas en la bruligĉambro, la maksimuma temperaturo en la bruligĉambro povas atingi 1500 ℃ - 2000 ℃, kaj la mura temperaturo en la bruligĉambro povas atingi 1100 ℃. Samtempe, ĝi ankaŭ eltenas termikan streĉon kaj gasstreĉon. Plej multaj motoroj kun alta puŝo/peza proporcio uzas ringformajn bruligĉambrojn, kiuj havas mallongan longon kaj altan varmokapaciton. La maksimuma temperaturo en la bruligĉambro atingas 2000 ℃, kaj la mura temperaturo atingas 1150 ℃ post gasa filmo aŭ vapora malvarmigo. Grandaj temperaturgradientoj inter diversaj partoj generos termikan streĉon, kiu altiĝos kaj malaltiĝos akre kiam la funkcia stato ŝanĝiĝas. La materialo estos submetita al termika ŝoko kaj termika laciĝa ŝarĝo, kaj estos distordoj, fendetoj kaj aliaj difektoj. Ĝenerale, la brulkamero estas farita el lamena alojo, kaj la teknikaj postuloj estas resumitaj jene laŭ la servkondiĉoj de specifaj partoj: ĝi havas certan oksidiĝan reziston kaj gasan korodreziston sub la kondiĉoj de uzado de alttemperatura alojo kaj gaso; ĝi havas certan tujan kaj elteneman forton, termikan lacecon kaj malaltan ekspansian koeficienton; ĝi havas sufiĉan plastikecon kaj veldkapablon por certigi prilaboradon, formadon kaj konekton; ĝi havas bonan organizan stabilecon sub termika ciklo por certigi fidindan funkciadon ene de la servdaŭro.
a. MA956-aloja pora laminado
En la frua stadio, la pora lamenaro estis farita el alojfolio HS-188 per difuza ligado post fotado, gravurado, kanelizado kaj truado. La interna tavolo povas esti transformita en idealan malvarmigan kanalon laŭ la dezajnaj postuloj. Ĉi tiu struktura malvarmigo bezonas nur 30% de la malvarmiga gaso de la tradicia filmmalvarmigo, kio povas plibonigi la termikan ciklan efikecon de la motoro, redukti la faktan varmoportantan kapaciton de la brulkamera materialo, redukti la pezon kaj pliigi la puŝ-pezan rilatumon. Nuntempe, ankoraŭ necesas trarompi la ŝlosilan teknologion antaŭ ol ĝi povas esti praktike uzata. La pora lamenaro farita el MA956 estas nova generacio de brulkamera materialo enkondukita de Usono, kiu povas esti uzata je 1300 ℃.
b. Apliko de ceramikaj kompozitoj en brulkamero
Usono komencis kontroli la fareblecon de uzado de ceramikaĵoj por gasturbinoj ekde 1971. En 1983, kelkaj grupoj engaĝitaj en la disvolviĝo de progresintaj materialoj en Usono formulis serion de rendimentaj indikiloj por gasturbinoj uzataj en progresintaj aviadiloj. Ĉi tiuj indikiloj estas: pliigi la eniran temperaturon de la turbino ĝis 2200 ℃; Funkcii sub la brula stato de kemia kalkulo; Malaltigi la densecon aplikatan 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, ceramikajn matricajn kompozitojn kaj intermetalajn kombinaĵojn krom unufazaj ceramikaĵoj. Ceramikaj matricaj kompozitoj (CMC) havas la jenajn avantaĝojn:
La ekspansia koeficiento de ceramika materialo estas multe pli malgranda ol tiu de nikelo-bazita alojo, kaj la tegaĵo estas facile forigebla. Fabrikado de ceramikaj kompozitoj kun meza metala felto povas superi la difekton de deskvamiĝo, kio estas la evoluiga direkto de brulkameraj materialoj. Ĉi tiu materialo povas esti uzata kun 10% - 20% malvarmiga aero, kaj la temperaturo de la metala malantaŭa izolado estas nur ĉirkaŭ 800 ℃, kaj la varmoportanta temperaturo estas multe pli malalta ol tiu de diverĝa malvarmigo kaj filmmalvarmigo. Gisita superaloja B1900+ceramika tegaĵo protekta kahelo estas uzata en V2500-motoro, kaj la evoluiga direkto estas anstataŭigi B1900 (kun ceramika tegaĵo) kahelon per SiC-bazita kompozito aŭ kontraŭ-oksidiga C/C kompozito. Ceramika matrica kompozito estas la evoluiga materialo de motora brulkamero kun puŝa pezo-proporcio de 15-20, kaj ĝia serva temperaturo estas 1538 ℃ - 1650 ℃. Ĝi estas uzata por flamtubo, flosanta muro kaj postbrululo.
2. Alojo de alta temperaturo por turbino
Turbinklingo de flugmotoro estas unu el la komponantoj, kiuj eltenas la plej severan temperaturan ŝarĝon kaj la plej malbonan labormedion en la flugmotoro. Ĝi devas elteni tre grandan kaj kompleksan streĉon sub alta temperaturo, tial ĝiaj materialaj postuloj estas tre striktaj. La superalojoj por turbinklingoj de flugmotoro estas dividitaj en:
a.Alttemperatura alojo por gvidilo
La deviigilo estas unu el la partoj de la turbinmotoro, kiuj plej ofte estas trafitaj de varmo. Kiam okazas malebena brulado en la brulkamero, la varmoŝarĝo de la unua-ŝtupa gvidflanko estas granda, kio estas la ĉefa kaŭzo de la difekto de la gvidflanko. Ĝia servotemperaturo estas ĉirkaŭ 100 ℃ pli alta ol tiu de la turbinklingo. La diferenco estas, ke la statikaj partoj ne estas submetitaj al mekanika ŝarĝo. Kutime, estas facile kaŭzi termikan streĉon, distordon, termikan laciĝfendon kaj lokan brulvundon kaŭzitan de rapida temperaturŝanĝo. La alojo de la gvidflanko devas havi la jenajn ecojn: sufiĉan altan temperaturreziston, permanentan rampadon kaj bonan termikan laciĝreziston, altan oksidiĝreziston kaj termikan korodreziston, termikan streĉon kaj vibradreziston, fleksdeformadkapablon, bonan fandadan procezmuldadon kaj veldeblon, kaj tegaĵprotektan efikecon.
Nuntempe, plej multaj progresintaj motoroj kun alta puŝo-peza proporcio uzas kavajn fanditajn klingojn, kaj oni elektas direktajn kaj unukristalajn nikel-bazitajn superalojojn. Motoroj kun alta puŝo-peza proporcio havas altan temperaturon de 1650 ℃ - 1930 ℃ kaj bezonas protekton per termikan izolan tegaĵon. La serva temperaturo de la klingalojo sub malvarmigaj kaj tegaĵaj protektaj kondiĉoj estas pli ol 1100 ℃, kio prezentas novajn kaj pli altajn postulojn por la temperaturdenseca kosto de la gvidklinga materialo en la estonteco.
b. Superalojoj por turbinklingoj
Turbinklingoj estas la ŝlosilaj varmoportantaj rotaciantaj partoj de flugmotoroj. Ilia funkcianta temperaturo estas 50 ℃ - 100 ℃ pli malalta ol la gvidklingoj. Ili eltenas grandan centrifugan ŝarĝon, vibran ŝarĝon, termikan ŝarĝon, aerfluan frotadon kaj aliajn efikojn dum rotacio, kaj la laborkondiĉoj estas malbonaj. La funkcidaŭro de la varmafinaj komponantoj de la motoro kun alta puŝo/pezo-rilatumo estas pli ol 2000 horoj. Tial, la turbinklinga alojo devas havi altan rampan reziston kaj krevreziston je funkcianta temperaturo, bonajn ampleksajn ecojn al altaj kaj mezaj temperaturoj, kiel ekzemple alt- kaj malalt-cikla laceco, malvarma kaj varma laceco, sufiĉan plastikecon kaj frakreziston, kaj noĉsentemon; altan oksidigan reziston kaj korodan reziston; bonan varmokonduktivecon kaj malaltan koeficienton de lineara ekspansio; bonan fandadan procezan rendimenton; longdaŭran strukturan stabilecon, neniu TCP-faza precipitaĵo je funkcianta temperaturo. La aplikata alojo trairas kvar stadiojn; Aplikoj de deformitaj alojoj inkluzivas GH4033, GH4143, GH4118, ktp.; La aplikoj de fanditaj alojoj inkluzivas K403, K417, K418, K405, direkte solidigitan oron DZ4, DZ22, unukristalan alojon DD3, DD8, PW1484, ktp. Nuntempe, ĝi evoluis al la tria generacio de unukristalaj alojoj. La ĉinaj unukristalaj alojoj DD3 kaj DD8 estas uzataj respektive en ĉinaj turbinoj, turboventolmotoroj, helikopteroj kaj ŝipmotoroj.
3. Alttemperatura alojo por turbindisko
La turbina disko estas la plej ŝarĝita rotacianta lagroparto de la turbina motoro. La funkcia temperaturo de la radflanĝo de la motoro kun la puŝpeza proporcio de 8 kaj 10 atingas 650 ℃ kaj 750 ℃, kaj la temperaturo de la radcentro estas ĉirkaŭ 300 ℃, kun granda temperaturdiferenco. Dum normala rotacio, ĝi pelas la klingon rotacii je alta rapideco kaj eltenas la maksimuman centrifugan forton, termikan streĉon kaj vibran streĉon. Ĉiu komenco kaj halto estas ciklo de la radcentro. La gorĝo, la fundo de la kano kaj la rando ĉiuj eltenas malsamajn kompozitajn streĉojn. La alojo devas havi la plej altan streĉon, frakoreziston kaj neniun noĉsentemon je la funkcia temperaturo; malaltan linearan ekspansian koeficienton; certan reziston al oksidiĝo kaj korodo; bonan tranĉan rendimenton.
4. Aerospaca superalojo
La superalojo en la likva raketmotoro estas uzata kiel la fuelinjektila panelo de la brulkamero en la puŝkamero; turbinpumpila kubuto, flanĝo, grafita rudrofiksilo, ktp. Alttemperatura alojo en likva raketmotoro estas uzata kiel fuelinjektila panelo en la puŝkamero; turbinpumpila kubuto, flanĝo, grafita rudrofiksilo, ktp. GH4169 estas uzata kiel la materialo de turbinrotoro, ŝafto, ŝaftomaniko, fiksilo kaj aliaj gravaj lagropartoj.
La materialoj de la turbinrotoro de usonaj likvaraketaj motoroj ĉefe inkluzivas ensuĉan tubon, turbinklingon kaj diskon. La alojo GH1131 estas plejparte uzata en Ĉinio, kaj la turbinklingo dependas de la funkcianta temperaturo. Inconel x, Alloy713c, Astroloy kaj Mar-M246 devus esti uzataj sinsekve; La materialoj de la raddisko inkluzivas Inconel 718, Waspaloy, ktp. Integraj turbinoj GH4169 kaj GH4141 estas plejparte uzataj, kaj GH2038A estas uzata por la motorŝafto.