Aloi suhu luhur disebut ogé aloi kakuatan panas. Numutkeun struktur matriksna, bahan tiasa dibagi kana tilu kategori: dumasar beusi dumasar nikel sareng dumasar kromium. Numutkeun mode produksi, éta tiasa dibagi kana superalloy cacad sareng superalloy tuang.
Ieu mangrupikeun bahan baku anu teu tiasa dipisahkeun dina widang aerospace. Ieu mangrupikeun bahan konci pikeun bagian suhu luhur mesin manufaktur aerospace sareng penerbangan. Ieu utamina dianggo pikeun ngadamel ruang durukan, bilah turbin, bilah pituduh, kompresor sareng piringan turbin, wadah turbin sareng bagian sanésna. Kisaran suhu layanan nyaéta 600 ℃ - 1200 ℃. Kaayaan setrés sareng lingkungan bénten-bénten gumantung kana bagian anu dianggo. Aya sarat anu ketat pikeun sipat mékanis, fisik sareng kimia tina paduan. Éta mangrupikeun faktor anu nangtukeun kinerja, reliabilitas sareng umur mesin. Ku alatan éta, superalloy mangrupikeun salah sahiji proyék panalungtikan konci dina widang aerospace sareng pertahanan nasional di nagara maju.
Aplikasi utama superalloy nyaéta:
1. Paduan suhu luhur pikeun ruang durukan
Ruang durukan (ogé katelah tabung seuneu) mesin turbin penerbangan mangrupikeun salah sahiji komponén suhu luhur anu konci. Kusabab atomisasi bahan bakar, pencampuran minyak sareng gas sareng prosés sanésna dilaksanakeun dina ruang durukan, suhu maksimum dina ruang durukan tiasa ngahontal 1500 ℃ - 2000 ℃, sareng suhu témbok dina ruang durukan tiasa ngahontal 1100 ℃. Dina waktos anu sami, éta ogé nahan setrés termal sareng setrés gas. Kaseueuran mesin kalayan rasio dorong/beurat anu luhur nganggo ruang durukan annular, anu gaduh panjang pondok sareng kapasitas panas anu luhur. Suhu maksimum dina ruang durukan ngahontal 2000 ℃, sareng suhu témbok ngahontal 1150 ℃ saatos pendinginan pilem gas atanapi uap. Gradien suhu anu ageung antara sababaraha bagian bakal ngahasilkeun setrés termal, anu bakal naék sareng turun sacara seukeut nalika kaayaan kerja robih. Bahan bakal kakeunaan kejutan termal sareng beban kacapean termal, sareng bakal aya distorsi, retakan sareng gangguan sanésna. Sacara umum, ruang durukan didamel tina lambaran logam campuran, sareng sarat téknisna diringkeskeun sapertos kieu numutkeun kaayaan layanan bagian-bagian khusus: éta ngagaduhan résistansi oksidasi sareng résistansi korosi gas dina kaayaan nganggo logam campuran suhu luhur sareng gas; Éta ngagaduhan kakuatan instan sareng daya tahan anu tangtu, kinerja kacapean termal sareng koéfisién ékspansi anu handap; Éta ngagaduhan plastisitas sareng kamampuan las anu cekap pikeun mastikeun pamrosésan, ngabentuk sareng nyambungkeun; Éta ngagaduhan stabilitas organisasi anu saé dina siklus termal pikeun mastikeun operasi anu dipercaya dina umur layanan.
a. laminasi porous paduan MA956
Dina tahap awal, laminasi porous didamel tina lambaran logam campuran HS-188 ku cara difusi saatos difoto, diukir, dialur sareng ditinju. Lapisan jero tiasa didamel janten saluran pendingin anu idéal numutkeun sarat desain. Pendinginan struktur ieu ngan ukur peryogi 30% tina gas pendingin tina pendinginan pilem tradisional, anu tiasa ningkatkeun efisiensi siklus termal mesin, ngirangan kapasitas bantalan panas anu saleresna tina bahan ruang pembakaran, ngirangan beurat, sareng ningkatkeun rasio dorong-beurat. Ayeuna, masih kedah ngarobih téknologi konci sateuacan tiasa dianggo sacara praktis. Laminasi porous anu didamel tina MA956 mangrupikeun generasi énggal tina bahan ruang pembakaran anu diwanohkeun ku Amérika Serikat, anu tiasa dianggo dina 1300 ℃.
b. Aplikasi komposit keramik dina ruang pembakaran
Amérika Serikat parantos mimiti mastikeun kamungkinan ngagunakeun keramik pikeun turbin gas ti saprak 1971. Dina taun 1983, sababaraha kelompok anu kalibet dina pamekaran bahan canggih di Amérika Serikat parantos ngarumuskeun sarangkaian indikator kinerja pikeun turbin gas anu dianggo dina pesawat canggih. Indikator ieu nyaéta: ningkatkeun suhu asupan turbin ka 2200 ℃; Beroperasi dina kaayaan durukan tina itungan kimia; Ngurangan kapadetan anu diterapkeun kana bagian-bagian ieu ti 8g/cm3 ka 5g/cm3; Ngabatalkeun pendinginan komponén. Pikeun minuhan sarat ieu, bahan anu ditalungtik kalebet grafit, matriks logam, komposit matriks keramik sareng sanyawa intermetalik salian ti keramik fase tunggal. Komposit matriks keramik (CMC) gaduh kaunggulan ieu:
Koéfisién ékspansi bahan keramik jauh leuwih leutik tibatan paduan berbasis nikel, sareng palapisna gampang dikupas. Nyieun komposit keramik nganggo felt logam antara tiasa ngungkulan cacad pengelupasan, anu mangrupikeun arah kamekaran bahan ruang durukan. Bahan ieu tiasa dianggo sareng hawa pendingin 10% - 20%, sareng suhu insulasi tukang logam ngan ukur sakitar 800 ℃, sareng suhu bantalan panas jauh langkung handap tibatan pendinginan divergen sareng pendinginan pilem. Ubin pelindung lapisan keramik superalloy cor B1900+ dianggo dina mesin V2500, sareng arah kamekaranna nyaéta pikeun ngagentos ubin B1900 (kalayan palapis keramik) ku komposit berbasis SiC atanapi komposit anti-oksidasi C/C. Komposit matriks keramik nyaéta bahan pangwangunan ruang durukan mesin kalayan rasio beurat dorong 15-20, sareng suhu layananna nyaéta 1538 ℃ - 1650 ℃. Éta dianggo pikeun tabung seuneu, témbok ngambang sareng afterburner.
2. Paduan suhu luhur pikeun turbin
Bilah turbin aero-engine mangrupikeun salah sahiji komponén anu nahan beban suhu anu paling parah sareng lingkungan kerja anu paling parah dina aero-engine. Éta kedah nahan setrés anu ageung sareng rumit dina suhu anu luhur, janten sarat bahanna ketat pisan. Superalloy pikeun bilah turbin aero-engine dibagi kana:
a. Aloi suhu luhur pikeun pituduh
Deflektor mangrupikeun salah sahiji bagian mesin turbin anu paling kapangaruhan ku panas. Nalika durukan anu henteu rata lumangsung dina ruang durukan, beban pemanasan baling-baling pituduh tahap kahiji ageung, anu mangrupikeun alesan utama karusakan baling-baling pituduh. Suhu layananna sakitar 100 ℃ langkung luhur tibatan bilah turbin. Bédana nyaéta bagian statis henteu kakeunaan beban mékanis. Biasana, gampang nyababkeun setrés termal, distorsi, retakan kacapean termal sareng kaduruk lokal anu disababkeun ku parobahan suhu anu gancang. Aloi baling-baling pituduh kedah ngagaduhan sipat-sipat ieu: kakuatan suhu anu cekap, kinerja rambat permanén sareng kinerja kacapean termal anu saé, résistansi oksidasi anu luhur sareng kinerja korosi termal, résistansi setrés termal sareng geter, kamampuan deformasi lentur, kinerja cetakan prosés tuang sareng kamampuan las anu saé, sareng kinerja panyalindungan palapis.
Ayeuna, kalolobaan mesin canggih anu gaduh rasio dorong/beurat anu luhur nganggo bilah cor kosong, sareng superalloy berbasis nikel arah sareng kristal tunggal dipilih. Mesin anu gaduh rasio dorong-beurat anu luhur gaduh suhu anu luhur 1650 ℃ - 1930 ℃ sareng kedah dijaga ku lapisan insulasi termal. Suhu layanan logam campuran bilah dina kaayaan pendinginan sareng panyalindungan lapisan langkung ti 1100 ℃, anu ngajukeun sarat énggal sareng langkung luhur pikeun biaya kapadetan suhu bahan bilah pituduh di hareup.
b. Superalloy pikeun bilah turbin
Bilah turbin mangrupikeun bagian puteran konci anu nahan panas tina mesin aero. Suhu operasina 50 ℃ - 100 ℃ langkung handap tibatan bilah pituduh. Éta nahan setrés sentrifugal, setrés geter, setrés termal, gosokan aliran hawa sareng épék sanésna nalika puteran, sareng kaayaan kerjana goréng. Umur jasa komponén tungtung panas mesin kalayan rasio dorong/beurat anu luhur langkung ti 2000 jam. Ku alatan éta, paduan bilah turbin kedah gaduh résistansi mumbul sareng kakuatan pecah anu luhur dina suhu jasa, sipat komprehensif suhu luhur sareng sedeng anu saé, sapertos kacapean siklus luhur sareng handap, kacapean tiis sareng panas, plastisitas sareng kateguhan dampak anu cekap, sareng sensitipitas takik; Résistansi oksidasi sareng résistansi korosi anu luhur; Konduktivitas termal anu saé sareng koéfisién ékspansi linier anu handap; Kinerja prosés tuang anu saé; Stabilitas struktural jangka panjang, teu aya présipitasi fase TCP dina suhu jasa. Paduan anu diterapkeun ngalangkungan opat tahapan; Aplikasi paduan anu cacad kalebet GH4033, GH4143, GH4118, jsb. Aplikasi tina logam campuran tuang kalebet K403, K417, K418, K405, emas padet arah DZ4, DZ22, logam campuran kristal tunggal DD3, DD8, PW1484, jsb. Ayeuna, éta parantos dimekarkeun ka generasi katilu logam campuran kristal tunggal. Logam campuran kristal tunggal Cina DD3 sareng DD8 masing-masing dianggo dina turbin, mesin turbofan, helikopter sareng mesin kapal Cina.
3. Paduan suhu luhur pikeun piringan turbin
Piringan turbin nyaéta bagian bantalan puteran anu paling tegang dina mesin turbin. Suhu kerja flensa roda mesin kalayan babandingan beurat dorong 8 sareng 10 ngahontal 650 ℃ sareng 750 ℃, sareng suhu puseur roda sakitar 300 ℃, kalayan bédana suhu anu ageung. Salila rotasi normal, éta ngadorong bilah pikeun muter dina kecepatan tinggi sareng nahan gaya sentrifugal maksimum, setrés termal sareng setrés geter. Unggal ngamimitian sareng eureun mangrupikeun siklus, puseur roda. Tenggorokan, handap alur sareng pinggiran sadayana nahan setrés komposit anu béda. Paduan diperyogikeun gaduh kakuatan luluh pangluhurna, kateguhan dampak sareng henteu sensitipitas takik dina suhu layanan; koefisien ékspansi linier anu handap; résistansi oksidasi sareng korosi anu tangtu; kinerja motong anu saé.
4. Superalloy dirgantara
Superalloy dina mesin roket cair dianggo salaku panel injektor bahan bakar ruang durukan dina ruang dorong; siku pompa turbin, flens, pangiket kemudi grafit, jsb. Alloy suhu luhur dina mesin roket cair dianggo salaku panel injektor ruang bahan bakar dina ruang dorong; siku pompa turbin, flens, pangiket kemudi grafit, jsb. GH4169 dianggo salaku bahan rotor turbin, aci, selongsong aci, pangiket sareng bagian bantalan penting anu sanésna.
Bahan rotor turbin mesin roket cair Amérika utamina kalebet pipa asupan, bilah turbin sareng cakram. Aloi GH1131 seueur dianggo di Cina, sareng bilah turbin gumantung kana suhu kerja. Inconel x, Alloy713c, Astroloy sareng Mar-M246 kedah dianggo sacara berturut-turut; Bahan cakram roda kalebet Inconel 718, Waspaloy, jsb. Turbin integral GH4169 sareng GH4141 seueur dianggo, sareng GH2038A dianggo pikeun aci mesin.