Korkean lämpötilan metalliseosta kutsutaan myös lämpölujuusseokseksi. Matriisirakenteen mukaan materiaalit voidaan jakaa kolmeen luokkaan: rautapohjaiset nikkelipohjaiset ja kromipohjaiset. Tuotantotilan mukaan se voidaan jakaa epämuodostuneeseen superseokseen ja valetuun superseokseen.
Se on korvaamaton raaka-aine ilmailualalla. Se on avainmateriaali ilmailu- ja ilmailuteollisuuden moottoreiden korkean lämpötilan osassa. Sitä käytetään pääasiassa polttokammion, turbiinin siiven, ohjausterän, kompressorin ja turbiinilevyn, turbiinikotelon ja muiden osien valmistukseen. Käyttölämpötila-alue on 600 ℃ - 1200 ℃. Jännitys ja ympäristöolosuhteet vaihtelevat käytettyjen osien mukaan. Seoksen mekaanisille, fysikaalisille ja kemiallisille ominaisuuksille on asetettu tiukat vaatimukset. Se on ratkaiseva tekijä moottorin suorituskyvyn, luotettavuuden ja käyttöiän kannalta. Siksi superseos on yksi keskeisistä tutkimusprojekteista ilmailun ja maanpuolustuksen aloilla kehittyneissä maissa.
Superseosten pääsovellukset ovat:
1. Korkean lämpötilan seos polttokammioon
Lentokoneen turbiinimoottorin palotila (tunnetaan myös nimellä liekkiputki) on yksi tärkeimmistä korkean lämpötilan osista. Koska polttokammiossa suoritetaan polttoaineen sumutus, öljyn ja kaasun sekoitus ja muut prosessit, polttokammion maksimilämpötila voi nousta 1500 ℃ - 2000 ℃ ja seinämän lämpötila polttokammiossa voi olla 1100 ℃. Samalla se kestää myös lämpörasitusta ja kaasurasitusta. Useimmissa moottoreissa, joissa on korkea työntövoima/painosuhde, käytetään rengasmaisia palokammioita, joilla on lyhyt pituus ja korkea lämpökapasiteetti. Polttokammion maksimilämpötila saavuttaa 2000 ℃ ja seinämän lämpötila 1150 ℃ kaasukalvon tai höyryjäähdytyksen jälkeen. Suuret lämpötilagradientit eri osien välillä synnyttävät lämpöjännitystä, joka nousee ja laskee jyrkästi käyttötilan muuttuessa. Materiaali altistuu lämpöiskulle ja lämpöväsymiskuormitukselle, ja siinä esiintyy vääntymiä, halkeamia ja muita vikoja. Yleensä polttokammio on valmistettu levyseoksesta, ja tekniset vaatimukset on tiivistetty seuraavasti tiettyjen osien käyttöolosuhteiden mukaan: sillä on tietty hapettumisenkestävyys ja kaasun korroosionkestävyys olosuhteissa, joissa käytetään korkean lämpötilan seosta ja kaasua; Sillä on tietty hetkellinen ja kestävyys, lämpöväsymiskyky ja alhainen laajenemiskerroin; Siinä on tarpeeksi plastisuutta ja hitsauskykyä käsittelyn, muovauksen ja liitoksen varmistamiseksi; Sillä on hyvä organisatorinen vakaus lämpösyklissä luotettavan toiminnan varmistamiseksi koko käyttöiän ajan.
a. MA956 seostettu huokoinen laminaatti
Varhaisessa vaiheessa huokoinen laminaatti valmistettiin HS-188-seoslevystä diffuusioliittämällä valokuvauksen, syövytyksen, urituksen ja lävistyksen jälkeen. Sisäkerroksesta voidaan tehdä ihanteellinen jäähdytyskanava suunnitteluvaatimusten mukaan. Tämä rakenteen jäähdytys tarvitsee vain 30 % perinteisen kalvojäähdytyksen jäähdytyskaasusta, mikä voi parantaa moottorin lämpösyklin tehokkuutta, vähentää polttokammion materiaalin todellista lämmönkestävyyttä, vähentää painoa ja lisätä työntövoimaa. suhde. Tällä hetkellä on vielä murtauduttava läpi avainteknologian, ennen kuin se voidaan ottaa käytännössä käyttöön. MA956:sta valmistettu huokoinen laminaatti on Yhdysvaltojen markkinoille tuoma uuden sukupolven palokammiomateriaali, jota voidaan käyttää 1300 ℃:n lämpötilassa.
b. Keraamisten komposiittien käyttö polttokammiossa
Yhdysvallat on alkanut tarkistaa keramiikan käyttökelpoisuutta kaasuturbiineissa vuodesta 1971. Vuonna 1983 jotkin edistyneiden materiaalien kehittämistä Yhdysvalloissa harjoittavat ryhmät ovat laatineet sarjan suorituskykyindikaattoreita kehittyneissä lentokoneissa käytettäville kaasuturbiineille. Nämä indikaattorit ovat: nosta turbiinin tulolämpötila 2200 ℃:seen; Toimii kemiallisen laskennan palotilassa; Pienennä näihin osiin käytettyä tiheyttä 8 g/cm3:sta 5 g/cm3:iin; Peruuta komponenttien jäähdytys. Näiden vaatimusten täyttämiseksi tutkittuja materiaaleja ovat yksifaasikeramiikan lisäksi grafiitti, metallimatriisi, keraamiset matriisikomposiitit ja metallien väliset yhdisteet. Keraamisilla matriisikomposiiteilla (CMC) on seuraavat edut:
Keraamisen materiaalin laajenemiskerroin on paljon pienempi kuin nikkelipohjaisen seoksen, ja pinnoite on helppo irrottaa. Keraamisten komposiittien valmistamisella välimetallihuovasta voidaan päästä eroon hilseilyvirheestä, joka on polttokammiomateriaalien kehityssuunta. Tätä materiaalia voidaan käyttää 10% - 20% jäähdytysilman kanssa, ja metallisen takaeristeen lämpötila on vain noin 800 ℃, ja lämmön kantavuuden lämpötila on paljon alhaisempi kuin erilaisen jäähdytyksen ja kalvojäähdytyksen. V2500-moottorissa käytetään valettua superseosta B1900+keraaminen pinnoite suojalaatta, ja kehityssuunta on korvata B1900 (keraamipinnoitteinen) laatta piikarbidipohjaisella komposiitilla tai hapettumista estävällä C/C-komposiitilla. Keraaminen matriisikomposiitti on moottorin polttokammion kehitysmateriaali, jonka työntövoimasuhde on 15-20 ja sen käyttölämpötila on 1538 ℃ - 1650 ℃. Sitä käytetään liekkiputkeen, kelluvaan seinään ja jälkipolttimeen.
2. Korkean lämpötilan seos turbiiniin
Lentokoneen moottorin turbiinin siipi on yksi komponenteista, jotka kantavat suurimman lämpötilakuormituksen ja huonoimman työympäristön lentokoneen moottorissa. Sen on kestettävä erittäin suurta ja monimutkaista rasitusta korkeassa lämpötilassa, joten sen materiaalivaatimukset ovat erittäin tiukat. Lentokonemoottorien turbiinien siipien superseokset on jaettu:
a.Korkean lämpötilan metalliseos ohjaimelle
Deflektori on yksi turbiinimoottorin osista, joihin lämpö vaikuttaa eniten. Kun polttokammiossa tapahtuu epätasaista palamista, ensimmäisen vaiheen ohjaussiiven lämmityskuorma on suuri, mikä on pääsyy ohjaussiiven vaurioitumiseen. Sen käyttölämpötila on noin 100 ℃ korkeampi kuin turbiinin siiven. Erona on, että staattiset osat eivät ole mekaanisen kuormituksen alaisia. Yleensä nopean lämpötilan muutoksen aiheuttama lämpöjännitys, vääristymä, lämpöväsymyshalkeama ja paikallinen palovamma on helppo aiheuttaa. Ohjaussiipien seoksella on oltava seuraavat ominaisuudet: riittävä korkea lämpötilalujuus, pysyvä virumiskyky ja hyvä lämpöväsymiskyky, korkea hapettumisenkestävyys ja lämpökorroosion kesto, lämpöjännityksen ja tärinän kestävyys, taipumisen muodonmuutoskyky, hyvä valuprosessin muovauskyky ja hitsattavuus, ja pinnoitteen suojausteho.
Tällä hetkellä edistyneimmissä moottoreissa, joissa on korkea työntövoima/painosuhde, käytetään onttoja valettuja teriä, ja valitaan suunta- ja yksikidenikkelipohjaiset superseokset. Moottorilla, jolla on korkea työntövoima-painosuhde, on korkea lämpötila 1650 ℃ - 1930 ℃, ja se on suojattava lämpöeristyspinnoitteella. Teräseoksen käyttölämpötila jäähdytys- ja pinnoitussuojaolosuhteissa on yli 1100 ℃, mikä asettaa uusia ja korkeampia vaatimuksia ohjausterämateriaalin lämpötilatiheyskustannuksille tulevaisuudessa.
b. Superseokset turbiinien siipille
Turbiinien siivet ovat lentokoneen moottorien tärkeimpiä lämpöä kantavia pyöriviä osia. Niiden käyttölämpötila on 50 ℃ - 100 ℃ alhaisempi kuin ohjausterien. Ne kestävät pyöriessään suurta keskipakojännitystä, tärinäjännitystä, lämpörasitusta, ilmavirran hankausta ja muita vaikutuksia, ja työolosuhteet ovat huonot. Moottorin kuuman pään komponenttien käyttöikä korkealla työntövoima/painosuhteella on yli 2000 tuntia. Siksi turbiinin siipien seoksella on oltava korkea virumisvastus ja murtumislujuus käyttölämpötilassa, hyvät korkean ja keskilämpötilan kattavat ominaisuudet, kuten korkean ja matalan syklin väsyminen, kylmä- ja kuumaväsymys, riittävä plastisuus ja iskunkestävyys sekä loven herkkyys; Korkea hapettumisenkestävyys ja korroosionkestävyys; Hyvä lämmönjohtavuus ja pieni lineaarilaajenemiskerroin; Hyvä valuprosessin suorituskyky; Pitkäaikainen rakenteellinen stabiilisuus, ei TCP-faasisaostumista käyttölämpötilassa. Levitetty seos käy läpi neljä vaihetta; Epämuodostuneiden metalliseosten sovelluksia ovat GH4033, GH4143, GH4118 jne.; Valuseoksen käyttökohteita ovat K403, K417, K418, K405, suunnattu jähmettynyt kulta DZ4, DZ22, yksikideseos DD3, DD8, PW1484 jne. Tällä hetkellä se on kehittynyt kolmanteen sukupolveen yksikideseoksia. Kiinan yksikideseosta DD3 ja DD8 käytetään vastaavasti Kiinan turbiineissa, turbopuhallinmoottoreissa, helikoptereissa ja laivojen moottoreissa.
3. Korkean lämpötilan seos turbiinilevylle
Turbiinilevy on turbiinimoottorin eniten kuormitettu pyörivä laakeriosa. Työntövoimasuhteella 8 ja 10 olevan moottorin pyörän laipan työlämpötila saavuttaa 650 ℃ ja 750 ℃, ja pyörän keskipisteen lämpötila on noin 300 ℃ suurella lämpötilaerolla. Normaalin pyörimisen aikana se saa terän pyörimään suurella nopeudella ja kestää suurimman keskipakovoiman, lämpörasituksen ja tärinärasituksen. Jokainen käynnistys ja pysäytys on sykli, pyörän keskipiste. Kurkku, uran pohja ja reuna kantavat kaikki erilaisia komposiittirasituksia. Seokselta vaaditaan korkein myötölujuus, iskunkestävyys ja ei loviherkkyyttä käyttölämpötilassa; Matala lineaarinen laajenemiskerroin; Tietty hapettumisen ja korroosionkestävyys; Hyvä leikkaussuorituskyky.
4. Ilmailun superseos
Nestemäisen rakettimoottorin superseosta käytetään polttokammion polttoaineen ruiskutuspaneelina työntökammiossa; Turbiinipumpun kulmakappale, laippa, grafiittiperäsin kiinnitin jne. Korkean lämpötilan metalliseosta nestemäisessä rakettimoottorissa käytetään polttoainekammion ruiskutuspaneelina työntökammiossa; Turbiinipumpun kulmakappale, laippa, grafiittiperäsin kiinnike jne. GH4169:ää käytetään turbiinin roottorin, akselin, akseliholkin, kiinnittimen ja muiden tärkeiden laakeriosien materiaalina.
Amerikkalaisen nesterakettimoottorin turbiinin roottorimateriaalit sisältävät pääasiassa imuputken, turbiinin siiven ja levyn. GH1131-seosta käytetään enimmäkseen Kiinassa, ja turbiinin siipi riippuu käyttölämpötilasta. Inconel x, Alloy713c, Astroloy ja Mar-M246 tulee käyttää peräkkäin; Pyörälevymateriaaleja ovat Inconel 718, Waspaloy jne. Enimmäkseen käytetään integroituja turbiineja GH4169 ja GH4141 ja moottorin akselina GH2038A.