A lega à alta temperatura hè ancu chjamata lega di resistenza à u calore. Sicondu a struttura di a matrice, i materiali ponu esse divisi in trè categurie: à basa di ferru à basa di nichelu è à basa di cromu. Sicondu u modu di pruduzzione, pò esse divisu in superlega deformata è superlega fusa.
Hè una materia prima indispensabile in u campu aerospaziale. Hè u materiale chjave per a parte à alta temperatura di i motori di fabricazione aerospaziale è aeronautica. Hè principalmente adupratu per a fabricazione di camere di combustione, pale di turbina, pale di guida, compressore è discu di turbina, carter di turbina è altre parti. L'intervallu di temperatura di serviziu hè 600 ℃ - 1200 ℃. U stress è e cundizioni ambientali varianu secondu e parti aduprate. Ci sò requisiti stretti per e proprietà meccaniche, fisiche è chimiche di a lega. Hè u fattore decisivu per e prestazioni, l'affidabilità è a durata di u mutore. Dunque, a superlega hè unu di i prughjetti di ricerca chjave in i campi di l'aerospaziale è di a difesa naziunale in i paesi sviluppati.
L'applicazioni principali di e superleghe sò:
1. Lega à alta temperatura per a camera di combustione
A camera di combustione (cunnisciuta ancu cum'è tubu di fiamma) di u mutore di turbina d'aviazione hè unu di i cumpunenti chjave à alta temperatura. Siccomu l'atomizazione di u carburante, a miscelazione di l'oliu è di u 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 stress termicu è stress di gas. A maiò parte di i motori cù un altu rapportu spinta / pesu utilizanu camere di combustione anulari, chì anu una lunghezza corta è una alta capacità termica. A temperatura massima in a camera di combustione ghjunghje à 2000 ℃, è a temperatura di u muru ghjunghje à 1150 ℃ dopu u raffreddamentu à film di gasu o à vapore. Grandi gradienti di temperatura trà e varie parti genereranu stress termicu, chì aumenterà è diminuirà bruscamente quandu u statu di travagliu cambia. U materiale serà sottumessu à shock termicu è carica di fatica termica, è ci saranu distorsioni, crepe è altri difetti. In generale, a camera di combustione hè fatta di lega di foglia, è i requisiti tecnichi sò riassunti cusì secondu e cundizioni di serviziu di e parti specifiche: hà una certa resistenza à l'ossidazione è resistenza à a corrosione di u gasu in e cundizioni di l'usu di lega è gasu à alta temperatura; Hà una certa resistenza istantanea è di durata, prestazioni di fatica termica è bassu coefficientu di espansione; Hà abbastanza plasticità è capacità di saldatura per assicurà a trasfurmazione, a furmazione è a cunnessione; Hà una bona stabilità urganizativa sottu u ciclu termicu per assicurà un funziunamentu affidabile in a vita di serviziu.
a. Laminatu porosu in lega MA956
In a prima fase, u laminatu porosu era fattu di foglia di lega HS-188 per diffusione dopu esse statu fotografatu, incisu, scanalatu è perforatu. U stratu internu pò esse trasfurmatu in un canale di raffreddamentu ideale secondu i requisiti di cuncepimentu. Stu raffreddamentu di struttura richiede solu u 30% di u gas di raffreddamentu di u raffreddamentu tradiziunale di film, chì pò migliurà l'efficienza di u ciclu termicu di u mutore, riduce a capacità termica attuale di u materiale di a camera di combustione, riduce u pesu è aumentà u rapportu spinta-pesu. Attualmente, hè sempre necessariu di rompe a tecnulugia chjave prima ch'ella possi esse messa in usu praticu. U laminatu porosu fattu di MA956 hè una nova generazione di materiale di camera di combustione introdutta da i Stati Uniti, chì pò esse adupratu à 1300 ℃.
b. Applicazione di cumposti ceramici in a camera di combustione
I Stati Uniti anu cuminciatu à verificà a fattibilità di l'usu di a ceramica per e turbine à gas dapoi u 1971. In u 1983, certi gruppi impegnati in u sviluppu di materiali avanzati in i Stati Uniti anu furmulatu una seria d'indicatori di prestazione per e turbine à gas aduprate in l'aeromobili avanzati. Quessi indicatori sò: aumentà a temperatura d'entrata di a turbina à 2200 ℃; Funziunà sottu u statu di combustione di u calculu chimicu; Riduce a densità applicata à ste parte da 8g/cm3 à 5g/cm3; Annulla u raffreddamentu di i cumpunenti. Per risponde à sti requisiti, i materiali studiati includenu grafite, matrice metallica, cumposti à matrice ceramica è cumposti intermetallici in più di a ceramica monofase. I cumposti à matrice ceramica (CMC) anu i seguenti vantaghji:
U coefficientu di dilatazione di u materiale ceramicu hè assai più chjucu chè quellu di a lega à basa di nichel, è u rivestimentu hè faciule da staccà. A fabricazione di cumposti ceramichi cù feltro metallicu intermediu pò superà u difettu di sfaldatura, chì hè a direzzione di sviluppu di i materiali di a camera di combustione. Stu materiale pò esse adupratu cù 10% - 20% d'aria di raffreddamentu, è a temperatura di l'insulazione posteriore di u metallu hè solu circa 800 ℃, è a temperatura di u supportu di calore hè assai più bassa chè quella di u raffreddamentu divergente è di u raffreddamentu à film. A piastrella protettiva in superlega B1900 + rivestimentu ceramicu fusu hè aduprata in u mutore V2500, è a direzzione di sviluppu hè di rimpiazzà a piastrella B1900 (cù rivestimentu ceramicu) cù un cumpostu à basa di SiC o un cumpostu antiossidante C / C. U cumpostu à 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 adupratu per u tubu di fiamma, u muru flottante è u postcombustore.
2. Lega à alta temperatura per turbina
A pala di turbina di u mutore aeronauticu hè unu di i cumpunenti chì sustenenu u caricu di temperatura più severu è u peghju ambiente di travagliu in u mutore aeronauticu. Deve suppurtà tensioni assai grande è cumplesse à alta temperatura, dunque i so requisiti di materiale sò assai severi. E superleghe per e pale di turbina di u mutore aeronauticu sò divise in:
a. Lega à alta temperatura per guida
U deflettore hè una di e parti di u mutore di a turbina chì sò più affettate da u calore. Quandu si verifica una combustione irregulare in a camera di combustione, u caricu di riscaldamentu di a pala guida di u primu stadiu hè grande, chì hè a ragione principale di u dannu di a pala guida. A so temperatura di serviziu hè circa 100 ℃ più alta di quella di a pala di a turbina. A differenza hè chì e parti statiche ùn sò micca sottumesse à carica meccanica. Di solitu, hè faciule causà stress termicu, distorsione, crepe da fatica termica è brusgiature lucali causate da cambiamenti rapidi di temperatura. A lega di a pala guida deve avè e seguenti proprietà: resistenza sufficiente à alta temperatura, prestazioni di creep permanente è bone prestazioni di fatica termica, alta resistenza à l'ossidazione è prestazioni di corrosione termica, resistenza à u stress termicu è à e vibrazioni, capacità di deformazione à a flessione, bone prestazioni di stampaggio di u prucessu di fusione è saldabilità, è prestazioni di prutezzione di u rivestimentu.
Attualmente, a maiò parte di i motori avanzati cù un rapportu spinta/pesu elevatu utilizanu pale cave in fusione, è si sceglienu superleghe à basa di nichel direzionali è monocristalline. U mutore cù un rapportu spinta-pesu elevatu hà una temperatura elevata di 1650 ℃ - 1930 ℃ è deve esse prutettu da un rivestimentu d'isolamentu termicu. A temperatura di serviziu di a lega di a pala in cundizioni di raffreddamentu è di prutezzione di u rivestimentu hè superiore à 1100 ℃, ciò chì impone requisiti novi è più elevati per u costu di a densità di temperatura di u materiale di a pala guida in u futuru.
b. Superleghe per pale di turbine
E pale di turbina sò e parti rotanti chjave chì portanu calore di i motori aeronautici. A so temperatura di funziunamentu hè 50 ℃ - 100 ℃ inferiore à quella di e pale guida. Sopportanu una grande tensione centrifuga, tensione di vibrazione, tensione termica, sfregamentu di u flussu d'aria è altri effetti quandu giranu, è e cundizioni di travagliu sò scarse. A durata di serviziu di i cumpunenti di l'estremità calda di u mutore cù un altu rapportu spinta / pesu hè più di 2000 ore. Dunque, a lega di pale di turbina deve avè una alta resistenza à u creep è resistenza à a rottura à a temperatura di serviziu, bone proprietà cumplete à alta è media temperatura, cume fatica di ciclu alta è bassa, fatica à fretu è caldu, plasticità è tenacità à l'impattu sufficienti, è sensibilità à a tacca; Alta resistenza à l'ossidazione è resistenza à a corrosione; Bona conducibilità termica è bassu coefficiente di espansione lineare; Bone prestazioni di u prucessu di fusione; Stabilità strutturale à longu andà, nisuna precipitazione di fase TCP à a temperatura di serviziu. A lega applicata passa per quattru fasi; L'applicazioni di lega deformata includenu GH4033, GH4143, GH4118, ecc.; L'applicazione di a lega di fusione include K403, K417, K418, K405, oru solidificatu direzionalmente DZ4, DZ22, lega monocristallina DD3, DD8, PW1484, ecc. Attualmente, s'hè sviluppata finu à a terza generazione di leghe monocristalline. E leghe monocristalline DD3 è DD8 di a Cina sò aduprate rispettivamente in e turbine, i motori turbofan, l'elicotteri è i motori navali di a Cina.
3. Lega à alta temperatura per u discu di a turbina
U discu di a turbina hè a parte di u cuscinettu rotante più stressata di u mutore di a turbina. A temperatura di travagliu di a flangia 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 differenza di temperatura. Durante a rotazione nurmale, face girà a pala à alta velocità è supporta a massima forza centrifuga, stress termicu è stress di vibrazione. Ogni partenza è arrestu hè un ciclu, centru di a rota. A gola, u fondu di a scanalatura è u bordu supportanu tutti diverse tensioni cumposite. A lega hè tenuta à avè a più alta resistenza à l'impattu, tenacità à l'impattu è nisuna sensibilità à a tacca à a temperatura di serviziu; Bassu coefficientu di espansione lineare; Certa resistenza à l'ossidazione è à a corrosione; Bone prestazioni di taglio.
4. Superlega aerospaziale
A superlega in u mutore à razzi liquidi hè aduprata cum'è pannellu di l'iniettore di carburante di a camera di combustione in a camera di spinta; Gomitu di a pompa di a turbina, flangia, fissaggio di u timone di grafite, ecc. A lega à alta temperatura in u mutore à razzi liquidi hè aduprata cum'è pannellu di l'iniettore di a camera di carburante in a camera di spinta; Gomitu di a pompa di a turbina, flangia, fissaggio di u timone di grafite, ecc. GH4169 hè adupratu cum'è materiale di u rotore di a turbina, l'arbre, u manicottu di l'arbre, u fissaggio è altre parti impurtanti di u cuscinettu.
I materiali di u rotore di a turbina di u mutore americanu à razzi liquidi includenu principalmente u tubu d'aspirazione, a pala di a turbina è u discu. A lega GH1131 hè aduprata principalmente in Cina, è a pala di a turbina dipende da a temperatura di travagliu. Inconel x, Alloy713c, Astroloy è Mar-M246 devenu esse aduprati successivamente; I materiali di u discu di e rote includenu Inconel 718, Waspaloy, ecc. E turbine integrali GH4169 è GH4141 sò aduprate principalmente, è GH2038A hè aduprata per l'alberu di u mutore.