Hegetemperatuerlegering wurdt ek wol hjittesterktelegering neamd. Neffens de matriksstruktuer kinne materialen wurde ferdield yn trije kategoryen: op izer basearre op nikkel en op chromium basearre. Neffens produksjemodus kin it wurde ferdield yn misfoarme superlegering en getten superlegering.
It is in ûnmisbere grûnstof yn 'e loftfeartsektor. It is it wichtichste materiaal foar it hege-temperatuerdiel fan loftfeart- en loftfeartproduksjemotoren. It wurdt benammen brûkt foar it meitsjen fan ferbaarningskeamers, turbineblêden, liedingsblêden, kompressors en turbineskiven, turbinekasten en oare ûnderdielen. It tsjinsttemperatuerberik is 600 ℃ - 1200 ℃. De stress- en miljeu-omstannichheden fariearje mei de brûkte ûnderdielen. D'r binne strange easken foar de meganyske, fysike en gemyske eigenskippen fan 'e legearing. It is de beslissende faktor foar de prestaasjes, betrouberens en libbensdoer fan 'e motor. Dêrom is superlegering ien fan 'e wichtichste ûndersyksprojekten op it mêd fan loftfeart en nasjonale ferdigening yn ûntwikkele lannen.
De wichtichste tapassingen fan superlegeringen binne:
1. Hege temperatuerlegering foar ferbaarningskeamer
De ferbaarningskeamer (ek wol bekend as flambuis) fan in fleantúchturbinemotor is ien fan 'e wichtichste komponinten foar hege temperatueren. Omdat brânstofatomisaasje, oalje- en gasminging en oare prosessen yn 'e ferbaarningskeamer útfierd wurde, kin de maksimale temperatuer yn 'e ferbaarningskeamer 1500 ℃ - 2000 ℃ berikke, en de wandtemperatuer yn 'e ferbaarningskeamer kin 1100 ℃ berikke. Tagelyk is it ek ûnderwurpen oan termyske stress en gasspanning. De measte motors mei in hege stuwkracht/gewichtferhâlding brûke ringfoarmige ferbaarningskeamers, dy't in koarte lingte en hege waarmtekapasiteit hawwe. De maksimale temperatuer yn 'e ferbaarningskeamer berikt 2000 ℃, en de wandtemperatuer berikt 1150 ℃ nei it koelen mei in gasfilm of stoom. Grutte temperatuergradiënten tusken ferskate ûnderdielen sille termyske stress generearje, dy't skerp sil oprinne en sakje as de wurkstatus feroaret. It materiaal sil ûnderwurpen wêze oan termyske skokken en termyske wurgensbelêsting, en d'r sille ferfoarming, skuorren en oare defekten wêze. Yn 't algemien is de ferbaarningskeamer makke fan plaatlegering, en de technyske easken wurde as folget gearfette neffens de tsjinstbetingsten fan spesifike ûnderdielen: it hat in bepaalde oksidaasjebestriding en gaskorrosjebestriding ûnder de betingsten fan it brûken fan hege-temperatuerlegering en gas; It hat in bepaalde direkte en úthâldingsfermogen, termyske wurgensprestaasjes en in lege útwreidingskoëffisjint; It hat genôch plastisiteit en lasfermogen om ferwurking, foarmjaan en ferbining te garandearjen; It hat goede organisatoaryske stabiliteit ûnder termyske syklus om betroubere wurking binnen de libbensdoer te garandearjen.
a. MA956 legearing poreus laminaat
Yn 'e iere faze waard it poreuze laminaat makke fan HS-188-legearingsplaat troch diffúzjebonding nei't it fotografearre, etst, groeven en ponsd wie. De binnenste laach kin makke wurde ta in ideaal koelkanaal neffens de ûntwerpeasken. Dizze struktuerkoeling hat mar 30% fan it koelgas fan 'e tradisjonele filmkoeling nedich, wat de termyske sykluseffisjinsje fan 'e motor kin ferbetterje, de werklike waarmtedragende kapasiteit fan it ferbaarningskeamermateriaal ferminderje, it gewicht ferminderje en de stuwkracht-gewichtferhâlding ferheegje. Op it stuit is it noch nedich om de kaaitechnology te trochbrekken foardat it yn praktysk gebrûk kin wurde nommen. It poreuze laminaat makke fan MA956 is in nije generaasje ferbaarningskeamermateriaal yntrodusearre troch de Feriene Steaten, dat kin brûkt wurde by 1300 ℃.
b. Tapassing fan keramyske kompositen yn ferbaarningskeamer
De Feriene Steaten binne sûnt 1971 begûn mei it ferifiearjen fan 'e mooglikheid fan it brûken fan keramyk foar gasturbines. Yn 1983 hawwe guon groepen dy't dwaande wiene mei de ûntwikkeling fan avansearre materialen yn 'e Feriene Steaten in searje prestaasje-yndikatoaren formulearre foar gasturbines dy't brûkt wurde yn avansearre fleantugen. Dizze yndikatoaren binne: ferheegje de ynlaattemperatuer fan 'e turbine nei 2200 ℃; Wurkje ûnder de ferbaarningstastân fan gemyske berekkening; Ferleegje de tichtheid dy't op dizze ûnderdielen tapast wurdt fan 8g/cm3 nei 5g/cm3; Annulearje it koeljen fan komponinten. Om oan dizze easken te foldwaan, omfetsje de bestudearre materialen grafyt, metaalmatrix, keramyske matrixkompositen en yntermetallyske ferbiningen neist ienfasekeramyk. Keramyske matrixkompositen (CMC) hawwe de folgjende foardielen:
De útwreidingskoëffisjint fan keramysk materiaal is folle lytser as dy fan in legearing op basis fan nikkel, en de coating is maklik ôf te skiljen. It meitsjen fan keramyske kompositen mei tuskenlizzende metaalfilt kin it defekt fan ôfbladerjen oerwinne, wat de ûntwikkelingsrjochting is fan ferbaarningskeamermaterialen. Dit materiaal kin brûkt wurde mei 10% - 20% koellucht, en de temperatuer fan 'e metalen efterisolaasje is mar sawat 800 ℃, en de waarmtedragende temperatuer is folle leger as dy fan divergente koeling en filmkoeling. Getten superlegering B1900 + keramyske coating beskermjende tegel wurdt brûkt yn V2500-motor, en de ûntwikkelingsrjochting is om B1900 (mei keramyske coating) tegel te ferfangen troch SiC-basearre komposit of anty-oksidaasje C/C-komposit. Keramyske matrixkomposit is it ûntwikkelingsmateriaal fan 'e ferbaarningskeamer fan' e motor mei in stoßgewichtferhâlding fan 15-20, en syn tsjinsttemperatuer is 1538 ℃ - 1650 ℃. It wurdt brûkt foar flambuis, driuwende muorre en neiferbaarner.
2. Hege temperatuerlegering foar turbine
Turbineblêden fan loftfeartmotoren binne ien fan 'e ûnderdielen dy't de swierste temperatuerbelêsting en de minste wurkomjouwing yn in loftfeartmotor drage. It moat tige grutte en komplekse spanning ûnder hege temperatuer ferneare, sadat de materiaaleasken tige strang binne. De superlegeringen foar turbineblêden fan loftfeartmotoren binne ferdield yn:
a. Hege temperatuerlegering foar gids
De deflektor is ien fan 'e ûnderdielen fan 'e turbinemotor dy't it meast beynfloede wurde troch waarmte. As der ûngelikense ferbaarning yn 'e ferbaarningskeamer plakfynt, is de ferwaarmingslast fan 'e earste etappe-liedskoef grut, wat de wichtichste reden is foar de skea oan 'e liedeskoef. De tsjinsttemperatuer is sawat 100 ℃ heger as dy fan it turbineblêd. It ferskil is dat de statyske ûnderdielen net ûnderwurpen binne oan meganyske lading. Meastentiids is it maklik om termyske stress, ferfoarming, termyske wurgensskeuren en lokale ferbaarning te feroarsaakjen feroarsake troch rappe temperatuerferoaring. De liedeskoeflegering moat de folgjende eigenskippen hawwe: foldwaande hege temperatuersterkte, permaninte krûpeigenskippen en goede termyske wurgensprestaasjes, hege oksidaasjebestriding en termyske korrosjeprestaasjes, termyske stress- en trillingsbestriding, bûgingsdeformaasjefermogen, goede prestaasjes en lasberens by it gietproses, en coatingbeskermingsprestaasjes.
Op it stuit brûke de measte avansearre motors mei in hege stuwkracht/gewichtsferhâlding holle getten blêden, en wurde rjochtings- en ienkristal nikkel-basearre superlegeringen selektearre. De motor mei in hege stuwkracht-gewichtsferhâlding hat in hege temperatuer fan 1650 ℃ - 1930 ℃ en moat beskerme wurde troch in termyske isolaasjecoating. De tsjinsttemperatuer fan 'e blêdlegering ûnder koel- en coatingbeskermingsomstannichheden is mear as 1100 ℃, wat nije en hegere easken stelt foar de temperatuerdichtheidskosten fan it liedingblêdmateriaal yn 'e takomst.
b. Superlegeringen foar turbineblêden
Turbineblêden binne de wichtichste waarmtedragende rotearjende ûnderdielen fan fleantúchmotoren. Harren wurktemperatuer is 50 ℃ - 100 ℃ leger as dy fan 'e liedingblêden. Se ferneare hege sintrifugale stress, trillingsstress, termyske stress, luchtstreamferskowing en oare effekten by it draaien, en de wurkomstannichheden binne min. De libbensdoer fan 'e hjitte-ein-komponinten fan' e motor mei in hege stuwkracht/gewichtsferhâlding is mear as 2000 oeren. Dêrom moat de turbineblêdlegering in hege krûpweerstand en breksterkte hawwe by wurktemperatuer, goede wiidweidige eigenskippen by hege en middelgrutte temperatueren, lykas hege en lege sykluswurgens, kâlde en hjitte wurgens, foldwaande plastisiteit en slagtaaiheid, en kerfgefoelichheid; Hege oksidaasjeweerstand en korrosjeweerstand; Goede termyske gelieding en lege koëffisjint fan lineêre útwreiding; Goede prestaasjes fan it gietproses; Langduorjende strukturele stabiliteit, gjin TCP-fazedelslach by wurktemperatuer. De tapaste legearing giet troch fjouwer stadia; Tapassingen fan misfoarme legearingen omfetsje GH4033, GH4143, GH4118, ensfh.; De tapassing fan jittelegeringen omfettet K403, K417, K418, K405, rjochtingsferhurde goud DZ4, DZ22, ienkristallegering DD3, DD8, PW1484, ensfh. Op it stuit is it ûntwikkele ta de tredde generaasje fan ienkristallegeringen. De ienkristallegeringen DD3 en DD8 fan Sina wurde respektivelik brûkt yn turbines, turbofanmotoren, helikopters en skipmotoren fan Sina.
3. Hege temperatuerlegering foar turbineskiif
De turbineskiif is it meast belaste rotearjende lagerdiel fan 'e turbinemotor. De wurktemperatuer fan 'e tsjilflens fan 'e motor mei in stoßgewichtferhâlding fan 8 en 10 berikt 650 ℃ en 750 ℃, en de temperatuer fan it tsjilsintrum is sawat 300 ℃, mei in grut temperatuerferskil. Tidens normale rotaasje driuwt it it blêd om mei hege snelheid te draaien en draacht de maksimale sintrifugale krêft, termyske spanning en trillingsspanning. Elke start en stop is in syklus, tsjilsintrum. De kiel, groefboaiem en râne drage allegear ferskillende gearstalde spanningen. De legearing moat de heechste reksterkte, slagtaaiens en gjin kerfgefoelichheid hawwe by de tsjinsttemperatuer; Lege lineêre útwreidingskoëffisjint; Bepaalde oksidaasje- en korrosjebestriding; Goede snijprestaasjes.
4. Superlegering foar romtefeart
De superlegering yn 'e floeibere raketmotor wurdt brûkt as it brânstofynjektorpaniel fan 'e ferbaarningskeamer yn 'e stuwkeamer; turbinepompellebôge, flens, grafytroerbefestiging, ensfh. Hegetemperatuerlegering yn floeibere raketmotor wurdt brûkt as brânstofkeamerynjektorpaniel yn 'e stuwkeamer; turbinepompellebôge, flens, grafytroerbefestiging, ensfh. GH4169 wurdt brûkt as it materiaal fan turbinerotor, as, asmouwe, befestiging en oare wichtige lagerûnderdielen.
De materialen foar de turbinerotor fan Amerikaanske floeibere raketmotors omfetsje benammen de ynlaatpiip, it turbineblêd en de skiif. GH1131-legering wurdt meast brûkt yn Sina, en it turbineblêd hinget ôf fan 'e wurktemperatuer. Inconel x, Alloy713c, Astroloy en Mar-M246 moatte efterinoar brûkt wurde; De materialen foar de tsjilskiven omfetsje Inconel 718, Waspaloy, ensfh. GH4169 en GH4141 yntegraal turbines wurde meast brûkt, en GH2038A wurdt brûkt foar de motoras.