Kõrge temperatuuriga sulamit nimetatakse ka soojustugevuse sulamiks. Vastavalt maatriksistruktuurile saab materjalid jagada kolme kategooriasse: rauapõhised niklipõhised ja kroomipõhised. Tootmisrežiimi järgi saab selle jagada deformeerunud supersulamiks ja valatud supersulamiks.
See on kosmosetööstuses asendamatu tooraine. See on kosmose- ja lennundustööstuse mootorite kõrge temperatuuriga osa põhimaterjal. Seda kasutatakse peamiselt põlemiskambri, turbiini laba, juhttera, kompressori ja turbiini ketta, turbiini korpuse ja muude osade tootmiseks. Kasutustemperatuuri vahemik on 600 ℃ - 1200 ℃. Pinge- ja keskkonnatingimused sõltuvad kasutatavatest osadest. Sulami mehaanilistele, füüsikalistele ja keemilistele omadustele on kehtestatud ranged nõuded. See on mootori jõudluse, töökindluse ja eluea määrav tegur. Seetõttu on supersulam arenenud riikides üks olulisemaid uurimisprojekte lennunduse ja riigikaitse valdkonnas.
Supersulamite peamised rakendused on järgmised:
1. Kõrge temperatuuriga sulam põlemiskambri jaoks
Lennuki turbiinmootori põlemiskamber (tuntud ka kui leegitoru) on üks peamisi kõrge temperatuuriga komponente. Kuna põlemiskambris viiakse läbi kütuse pihustamine, õli ja gaasi segamine ja muud protsessid, võib põlemiskambri maksimaalne temperatuur ulatuda 1500 ℃ - 2000 ℃ ja seina temperatuur põlemiskambris võib ulatuda 1100 ℃. Samal ajal on sellel ka termiline stress ja gaasipinge. Enamik suure tõukejõu/kaalu suhtega mootoreid kasutavad rõngakujulisi põlemiskambreid, millel on lühike pikkus ja kõrge soojusmahtuvus. Maksimaalne temperatuur põlemiskambris jõuab 2000 ℃ ja seina temperatuur 1150 ℃ pärast gaasikile või auruga jahutamist. Suured temperatuurigradiendid erinevate osade vahel tekitavad termilist pinget, mis tööoleku muutumisel järsult tõuseb ja langeb. Materjal on allutatud termilisele šokile ja termilisele väsimuskoormusele ning esineb moonutusi, pragusid ja muid vigu. Üldiselt on põlemiskamber valmistatud lehtsulamist ja tehnilised nõuded on vastavalt konkreetsete osade kasutustingimustele kokku võetud järgmiselt: sellel on kõrge temperatuuriga sulami ja gaasi kasutamise tingimustes teatav oksüdatsioonikindlus ja gaasi korrosioonikindlus; Sellel on teatud hetkeline ja vastupidavus, termiline väsimus ja madal paisumiskoefitsient; Sellel on piisavalt plastilisust ja keevitusvõimet, et tagada töötlemine, vormimine ja ühendamine; Sellel on hea organisatsiooniline stabiilsus termilise tsükli ajal, et tagada tööea jooksul usaldusväärne töö.
a. MA956 sulamist poorne laminaat
Algstaadiumis valmistati poorne laminaat HS-188 sulamist lehest difusioonliimimise teel pärast pildistamist, söövitamist, soonitamist ja mulgutamist. Sisemise kihi saab teha ideaalseks jahutuskanaliks vastavalt projekteerimisnõuetele. See struktuurjahutus vajab ainult 30% traditsioonilise kilejahutuse jahutusgaasist, mis võib parandada mootori termilise tsükli efektiivsust, vähendada põlemiskambri materjali tegelikku soojuskandevõimet, vähendada kaalu ja suurendada tõukejõu massi. suhe. Praegu on veel vaja võtmetehnoloogiast läbi murda, enne kui seda praktilist kasutusele võtta. MA956-st valmistatud poorne laminaat on Ameerika Ühendriikides kasutusele võetud uue põlvkonna põlemiskambri materjal, mida saab kasutada temperatuuril 1300 ℃.
b. Keraamiliste komposiitide kasutamine põlemiskambris
Ameerika Ühendriigid on hakanud kontrollima keraamika kasutamise teostatavust gaasiturbiinides alates 1971. aastast. 1983. aastal on mõned Ameerika Ühendriikides täiustatud materjalide väljatöötamisega tegelevad rühmad koostanud rea jõudlusnäitajaid täiustatud õhusõidukites kasutatavate gaasiturbiinide jaoks. Need indikaatorid on järgmised: tõsta turbiini sisselasketemperatuuri 2200 ℃-ni; Töötada keemilise arvutuse põlemisolekus; Vähendage nendele osadele rakendatavat tihedust 8g/cm3-lt 5g/cm3-le; Tühistage komponentide jahutamine. Nende nõuete täitmiseks on uuritavate materjalide hulgas lisaks ühefaasilisele keraamikale grafiit, metallmaatriks, keraamilised maatrikskomposiitid ja intermetallilised ühendid. Keraamilistel maatrikskomposiitidel (CMC) on järgmised eelised:
Keraamilise materjali paisumiskoefitsient on palju väiksem kui niklipõhisel sulamil ja katet on lihtne eemaldada. Keraamiliste komposiitide valmistamisel vahepealse metallvildiga saab üle helbestumise defektist, mis on põlemiskambri materjalide arengusuund. Seda materjali saab kasutada 10–20% jahutusõhuga ja metallist tagakülje isolatsiooni temperatuur on ainult umbes 800 ℃ ning soojuskandja temperatuur on palju madalam kui erineval jahutusel ja kilejahutusel. V2500 mootoris kasutatakse valatud supersulamist B1900+keraamilise kattega kaitseplaati ning arendussuund on asendada B1900 (keraamilise kattega) plaat SiC-põhise komposiidi või oksüdatsioonivastase C/C komposiidiga. Keraamiline maatrikskomposiit on mootori põlemiskambri arendusmaterjal, mille tõukejõu suhe on 15-20 ja selle töötemperatuur on 1538 ℃ - 1650 ℃. Seda kasutatakse leegitoru, ujuva seina ja järelpõleti jaoks.
2. Kõrge temperatuuriga sulam turbiinile
Lennukimootori turbiini laba on üks komponente, mis kannatavad lennukimootori kõige suurema temperatuurikoormuse ja halvima töökeskkonnaga. See peab kõrgel temperatuuril taluma väga suurt ja keerulist pinget, mistõttu on selle materjalinõuded väga ranged. Lennukite mootorite turbiinilabade supersulamid jagunevad järgmisteks osadeks:
a. Kõrge temperatuuriga sulam juhiku jaoks
Deflektor on turbiinmootori üks osadest, mida kuumus kõige enam mõjutab. Kui põlemiskambris toimub ebaühtlane põlemine, on esimese astme juhtlaba küttekoormus suur, mis on juhtlaba kahjustumise peamiseks põhjuseks. Selle töötemperatuur on umbes 100 ℃ kõrgem kui turbiini labal. Erinevus seisneb selles, et staatilised osad ei allu mehaanilisele koormusele. Tavaliselt on kiire temperatuurimuutuse tõttu lihtne tekitada termilist stressi, moonutusi, termilise väsimuspragu ja kohalikku põletust. Juhtlaba sulamil peavad olema järgmised omadused: piisav tugevus kõrgel temperatuuril, püsiv roomevõime ja hea termiline väsimus, kõrge oksüdatsioonikindlus ja termilise korrosioonikindlus, termiline pinge- ja vibratsioonikindlus, paindedeformatsioonivõime, hea valuprotsessi vormimisvõime ja keevitatavus, ja katte kaitsevõime.
Praegu kasutavad kõige arenenumad kõrge tõukejõu/kaalu suhtega mootorid õõnesvalu labasid ning valitakse suuna- ja ühekristallilised niklipõhised supersulamid. Kõrge tõukejõu ja kaalu suhtega mootoril on kõrge temperatuur 1650–1930 ℃ ja seda tuleb kaitsta soojusisolatsioonikattega. Tera sulami kasutustemperatuur jahutus- ja kattekaitsetingimustes on üle 1100 ℃, mis seab tulevikus uued ja kõrgemad nõuded juhttera materjali temperatuuritiheduse maksumusele.
b. Supersulamid turbiinide labadele
Turbiinilabad on lennukimootorite peamised soojust kandvad pöörlevad osad. Nende töötemperatuur on 50–100 ℃ madalam kui juhtteradel. Neil on pöörlemisel suur tsentrifugaalpinge, vibratsioonipinge, termiline stress, õhuvoolu hõõrdumine ja muud mõjud ning töötingimused on halvad. Kõrge tõukejõu/massi suhtega mootori kuuma otsa komponentide kasutusiga on üle 2000h. Seetõttu peab turbiini labade sulamil olema kõrge roomamiskindlus ja rebenemistugevus töötemperatuuril, head kõrgel ja keskmisel temperatuuril kõikehõlmavad omadused, nagu kõrge ja madala tsükliga väsimus, külma- ja kuumaväsimus, piisav plastilisus ja löögikindlus ning sälkude tundlikkus; Kõrge oksüdatsioonikindlus ja korrosioonikindlus; Hea soojusjuhtivus ja madal lineaarpaisumise koefitsient; Hea valamisprotsessi jõudlus; Pikaajaline struktuurne stabiilsus, TCP-faasi sadenemine töötemperatuuril puudub. Kasutatav sulam läbib neli etappi; Deformeeritud sulamite rakendused hõlmavad GH4033, GH4143, GH4118 jne; Valusulamite kasutusalaks on K403, K417, K418, K405, suunaga tahkunud kuld DZ4, DZ22, monokristallsulam DD3, DD8, PW1484 jne. Praeguseks on see arenenud kolmanda põlvkonna monokristallsulamiteks. Hiina monokristallsulamit DD3 ja DD8 kasutatakse vastavalt Hiina turbiinides, turboventilaatormootorites, helikopterites ja laevamootorites.
3. Kõrgtemperatuuriline sulam turbiinikettale
Turbiiniketas on turbiinmootori enim pingestatud pöörlev laagriosa. Mootori rattaääriku töötemperatuur tõukejõu kaalusuhtega 8 ja 10 ulatub 650 ℃ ja 750 ℃ ning ratta keskpunkti temperatuur on umbes 300 ℃ suure temperatuuride erinevusega. Tavalise pöörlemise ajal paneb see tera suurel kiirusel pöörlema ja kannab maksimaalset tsentrifugaaljõudu, termilist pinget ja vibratsioonipinget. Iga algus ja peatumine on tsükkel, ratta keskpunkt. Kõri, soone põhi ja velg kannavad kõik erinevat liitpinget. Sulamil peab töötemperatuuril olema kõrgeim voolavuspiir, löögikindlus ja sälkude puudumine; Madal lineaarne paisumistegur; Teatav oksüdatsiooni- ja korrosioonikindlus; Hea lõikejõudlus.
4. Lennunduse supersulam
Vedelrakettmootoris olevat supersulamit kasutatakse tõukekambri põlemiskambri kütusepihusti paneelina; Turbiini pumba põlv, äärik, grafiidist roolikinnitus jne. Kõrge temperatuuri sulamit vedelas rakettmootoris kasutatakse kütusekambri pihusti paneelina tõukejõukambris; Turbiinipumba põlv, äärik, grafiidist roolikinnitus jne. GH4169 kasutatakse turbiini rootori, võlli, võlli hülsi, kinnitusdetaili ja muude oluliste laagriosade materjalina.
Ameerika vedela rakettmootori turbiini rootori materjalid hõlmavad peamiselt sisselasketoru, turbiini laba ja ketast. GH1131 sulamit kasutatakse enamasti Hiinas ja turbiini laba sõltub töötemperatuurist. Inconel x, Alloy713c, Astroloy ja Mar-M246 tuleks kasutada järjest; Rattaketta materjalideks on Inconel 718, Waspaloy jne. Enamasti kasutatakse integreeritud turbiine GH4169 ja GH4141 ning mootori võlli jaoks GH2038A.