Alloy à alta temperatura hè ancu chjamatu lega di forza di calore. Sicondu a struttura di a matrice, i materiali ponu esse divisi in trè categurie: basati in ferru è basati in nichel è cromu. Sicondu u modu di produzzione, pò esse divisu in superalloy deformatu è superalloy cast.
Hè una materia prima indispensabile in u campu aerospaziale. Hè u materiale chjave per a parte alta temperatura di i motori di fabricazione aerospaziale è aviazione. Hè principarmenti utilizatu per a fabricazione di camera di combustione, pale di turbina, pale di guida, compressore è discu di turbina, casu di turbina è altre parti. A temperatura di serviziu hè 600 ℃ - 1200 ℃. U stress è e cundizioni ambientali varienu cù e parti aduprate. Ci sò requisiti stretti per e proprietà meccaniche, fisiche è chimiche di a lega. Hè u fattore decisivu per a prestazione, affidabilità è vita di u mutore. Per quessa, superalloy hè unu di i prughjetti di ricerca chjave in i campi di l'aerospaziale è a difesa naziunale in i paesi sviluppati.
L'applicazioni principali di superalei sò:
1. Alloghju di alta temperatura per a camera di combustione
A camera di combustione (cunnisciutu ancu com'è tubu di fiamma) di u mutore di turbina di l'aviazione hè unu di i cumpunenti chjave d'alta temperatura. Siccomu l'atomizazione di carburante, a mistura di oliu è gasu è altri prucessi sò realizati in a camera di combustione, a temperatura massima in a camera di combustione pò ghjunghje à 1500 ℃ - 2000 ℃, è a temperatura di u muru in a camera di combustione pò ghjunghje à 1100 ℃. À u listessu tempu, porta ancu u stress termicu è u stress di gas. A maiò parte di i motori cù un altu rapportu di spinta / pesu utilizanu camere di combustione annulari, chì anu una corta lunghezza è una capacità di calore alta. A temperatura massima in a camera di combustione righjunghji 2000 ℃, è a temperatura di u muru righjunghji 1150 ℃ dopu à film di gas o di steam cooling. Grandi gradienti di temperatura trà e diverse parti generanu stress termicu, chì aumenterà è calarà bruscamente quandu u statu di travagliu cambia. U materiale serà sottumessu à scossa termale è carica di fatigue termale, è ci saranu distorsioni, cracke è altri difetti. In generale, a camera di combustione hè fatta di lega di foglia, è i requisiti tecnichi sò riassunti cum'è seguitu secondu e cundizioni di serviziu di parti specifiche: hà una certa resistenza à l'ossidazione è a resistenza à a corrosione di gas in e cundizioni di usu di lega d'alta temperatura è gas; Hà una certa forza istantanea è endurance, prestazione di fatigue termale è bassu coefficient d'espansione; Hà abbastanza plasticità è capacità di saldatura per assicurà a trasfurmazioni, a furmazione è a cunnessione; Havi una bona stabilità organizzativa sottu u ciclu termale per assicurà un funziunamentu affidabile in a vita di serviziu.
a. Laminatu poroso in lega MA956
In a prima fase, u laminatu poroso hè statu fattu di foglia di lega HS-188 per diffusione bonding dopu esse fotografiatu, incisu, scanalatu è perforatu. U stratu internu pò esse fattu in un canale di rinfrescante ideale secondu i requisiti di cuncepimentu. Questa struttura di rinfrescante solu bisognu di u 30% di u gasu di rinfrescante di u filmu di cooling tradiziunale, chì pò migliurà l'efficienza di u ciculu termale di u mutore, riduce a capacità reale di calore di u materiale di a camera di combustione, riduce u pesu è aumenta u pesu di spinta. ratio. Attualmente, hè sempre necessariu di sfondà a tecnulugia chjave prima di pudè mette in usu praticu. U laminatu poroso fattu di MA956 hè una nova generazione di materiale di camera di combustione introdotta da i Stati Uniti, chì pò esse usata à 1300 ℃.
b. Applicazione di compositi ceramichi in camera di combustione
I Stati Uniti anu cuminciatu à verificà a fattibilità di utilizà a ceramica per i turbine di gas da 1971. In u 1983, certi gruppi impegnati in u sviluppu di materiali avanzati in i Stati Uniti anu formulatu una seria di indicatori di rendiment per turbine di gas aduprate in aereo avanzatu. Questi indicatori sò: cresce a temperatura di l'ingressu di a turbina à 2200 ℃; Operate sottu u statu di combustione di calculu chimicu; Reduce a densità applicata à queste parti da 8g/cm3 à 5g/cm3; Annulla u raffreddamentu di i cumpunenti. Per risponde à queste esigenze, i materiali studiati includenu grafite, matrice metallica, composti di matrice ceramica è composti intermetallici in più di ceramica monofase. I composti a matrice ceramica (CMC) anu i seguenti vantaghji:
U coefficiente di espansione di u materiale ceramicu hè assai più chjucu cà quellu di l'alea basata in nichel, è u revestimentu hè faciule da sbuchjarà. Fà cumposti di ceramica cù u feltru di metallu intermediu pò superà u difettu di flaking, chì hè a direzzione di sviluppu di i materiali di a camera di combustione. Stu materiale pò esse usatu cù 10% - 20% di l'aria di rinfrescante, è a temperatura di l'insulazione posteriore di metalli hè solu di circa 800 ℃, è a temperatura di u calore hè assai più bassu di quella di rinfrescante divergente è di film cooling. Cast superalloy B1900 + tile protettiva di revestimentu di ceramica hè aduprata in u mutore V2500, è a direzzione di sviluppu hè di rimpiazzà a tile B1900 (cù revestimentu ceramicu) cù compostu basatu in SiC o compositu C / C anti-ossidazione. Compositu di matrice ceramica hè u materiale di sviluppu di a camera di combustione di u mutore cù un rapportu di pesu di spinta di 15-20, è a so temperatura di serviziu hè 1538 ℃ - 1650 ℃. Hè utilizatu per u tubu di fiamma, muru flottante è afterburner.
2. Alloy high temperature per turbine
A pale di turbina aero-motore hè unu di i cumpunenti chì portanu a carica di temperatura più severa è u peghju ambiente di travagliu in l'aeromotore. Ci vole à suppurtà un stress assai grande è cumplessu sottu a temperatura alta, cusì i so bisogni di materiale sò assai stretti. I superleghe per pale di turbine di aero-motore sò divisi in:
a.High temperature alliage per guida
U deflector hè una di e parti di u turbine engine chì sò più affettate da u calore. Quandu a combustione irregolare si trova in a camera di combustione, a carica di riscaldamentu di a paleta di guida di u primu stadiu hè grande, chì hè u mutivu principale per u dannu di a paleta di guida. A so temperatura di serviziu hè di circa 100 ℃ più altu ch'è quella di a pale di turbina. A diferenza hè chì e parti statiche ùn sò micca sottumessi à carica meccanica. Di solitu, hè faciule per causà stress termicu, distorsioni, crack di fatigue termale è brusgià lucali causati da un rapidu cambiamentu di temperatura. A lega di palette di guida deve avè e seguenti proprietà: resistenza à a temperatura elevata sufficiente, prestazione di scorrimentu permanente è bona prestazione di fatica termica, alta resistenza à l'ossidazione è prestazioni di corrosione termica, resistenza termica è resistenza à vibrazioni, capacità di deformazione di curvatura, bona prestazione di stampatura di prucessu di colata è saldabilità, e prestazioni di prutezzione di u revestimentu.
Attualmente, i motori più avanzati cù un altu rapportu di spinta / pesu utilizanu lame di fusione cave, è sò selezziunati superalei di nichel di direzzione è unicu cristallu. U mutore cù un altu rapportu di spinta-pesu hà una temperatura alta di 1650 ℃ - 1930 ℃ è deve esse prutettu da un revestimentu d'insulazione termale. A temperatura di serviziu di l'alea di lama in cundizioni di prutezzione di rinfrescante è di rivestimentu hè più di 1100 ℃, chì presenta esigenze novi è più elevate per u costu di densità di temperatura di u materiale di guida di lama in u futuru.
b. Superleghe per pale di turbine
I pale di turbine sò e parti rotanti chjave di i motori aerodinamichi chì portanu u calore. A so temperatura di funziunamentu hè di 50 ℃ - 100 ℃ più bassu di e lame di guida. Soportanu un grande stress centrifugu, stress di vibrazione, stress termicu, scorrimentu di flussu d'aria è altri effetti durante a rotazione, è e cundizioni di travagliu sò poveri. A vita di serviziu di i cumpunenti hot end di u mutore cù un altu rapportu di spinta / pesu hè più di 2000h. Per quessa, l'alia di pale di turbina duverà una alta resistenza à u creep è a forza di rupture à a temperatura di serviziu, una bona proprietà di temperatura alta è mediana, cum'è a fatigue di u ciclu altu è bassu, a fatigue à u friddu è u caldu, a plasticità sufficiente è a tenacità di l'impattu, è a sensibilità di a tacca; Alta resistenza à l'ossidazione è resistenza à a corrosione; Bona conductività termale è bassu coefficient di espansione lineale; bona prestazione di u prucessu di casting; Stabilità strutturale à longu andà, senza precipitazione di fase TCP à a temperatura di serviziu. A lega appiicata passa per quattru tappe; L'applicazioni di lega deformata includenu GH4033, GH4143, GH4118, etc. L'appiecazione di l'alia di casting include K403, K417, K418, K405, oru solidificatu direzzione DZ4, DZ22, lega di cristallo unicu DD3, DD8, PW1484, etc. Attualmente, hà sviluppatu à a terza generazione di lega di cristallo unicu. A lega di cristallo unicu di a Cina DD3 è DD8 sò rispettivamente aduprate in turbine, turbofan, elicotteri è motori di nave di China.
3. Alloy high temperature per turbine disk
U discu di a turbina hè a parte di cuscinetti rotanti più stressata di u turbine engine. A temperatura di travagliu di u flange di a rota di u mutore cù u rapportu di pesu di spinta di 8 è 10 righjunghji 650 ℃ è 750 ℃, è a temperatura di u centru di a rota hè di circa 300 ℃, cù una grande diferenza di temperatura. Durante a rotazione normale, guida a lama per rotà à alta velocità è porta a forza centrifuga massima, u stress termicu è u stress di vibrazione. Ogni iniziu è stop hè un ciclu, centru di rota. A gola, u fondu di u groove è u rim sò tutti i stressi cumposti diffirenti. L'alliage hè necessariu di avè a più alta forza di rendiment, resistenza à l'impattu è senza sensibilità di tacca à a temperatura di serviziu; Bassu coefficient di espansione lineale; certa resistenza à l'ossidazione è a corrosione; Bona prestazione di taglio.
4. Aerospace superalloy
U superalloy in u mutore di cohete liquidu hè adupratu cum'è u pannellu di l'injector di carburante di a camera di combustione in a camera di spinta; Pompa turbina coddu, flange, fastener timone di grafite, etc. Alloy high temperature in mutore di fucile liquidu veni usatu comu panel injector camera di carburante in camera di spinta; Pompa turbina coddu, flange, fastener timone di grafite, etc GH4169 veni usatu comu u materiale di rotor turbine, albero, manica fustu, fastener è altre parti impurtante bearing.
I materiali di u rotore di turbine di u mutore di razzi liquidu americanu includenu principalmente tubi di ingressu, pale di turbina è discu. A lega GH1131 hè usata soprattuttu in Cina, è a pala di turbina dipende da a temperatura di travagliu. Inconel x, Alloy713c, Astroloy è Mar-M246 deve esse usatu successivamente; I materiali di discu di rota includenu Inconel 718, Waspaloy, etc. Turbine integrali GH4169 è GH4141 sò soprattuttu utilizati, è GH2038A hè utilizatu per l'arburu di u mutore.