Héichtemperaturlegierung gëtt och Hëtztfestigkeitslegierung genannt. No der Matrixstruktur kënnen d'Materialien an dräi Kategorien agedeelt ginn: op Eisenbasis, op Nickelbasis a op Chrombasis. No der Produktiounsmethod kann se an deforméiert Superlegierung a gegoss Superlegierung agedeelt ginn.
Et ass e wichtege Rohmaterial am Raumfaartberäich. Et ass dat wichtegst Material fir den Héichtemperaturdeel vu Motoren an der Loftfaart- a Loftfaartindustrie. Et gëtt haaptsächlech fir d'Produktioun vun der Verbrennungskammer, der Turbinneblieder, dem Führungsblieder, dem Kompressor an der Turbinnescheif, dem Turbinnegehäuse an aner Deeler benotzt. Den Temperaturberäich läit tëscht 600 ℃ an 1200 ℃. D'Belaaschtungs- an d'Ëmweltbedingungen variéieren jee no den Deeler, déi benotzt ginn. Et gëtt streng Ufuerderungen un déi mechanesch, physikalesch a chemesch Eegeschafte vun der Legierung. Et ass den entscheedende Faktor fir d'Leeschtung, d'Zouverlässegkeet an d'Liewensdauer vum Motor. Dofir ass d'Superlegierung ee vun de wichtegste Fuerschungsprojeten am Beräich vun der Loftfaart a vun der nationaler Verteidegung an den entwéckelte Länner.
Déi wichtegst Uwendungen vu Superlegierungen sinn:
1. Héichtemperaturlegierung fir d'Verbrennungskammer
D'Verbrennungskammer (och bekannt als Flammröhrchen) vun engem Loftfaartturbinenmotor ass ee vun de wichtegsten Héichtemperaturkomponenten. Well d'Verdampfung vu Brennstoff, d'Mëschung vu Ueleg a Gas an aner Prozesser an der Verbrennungskammer duerchgefouert ginn, kann déi maximal Temperatur an der Verbrennungskammer 1500 ℃ - 2000 ℃ erreechen, an d'Wandtemperatur an der Verbrennungskammer 1100 ℃ erreechen. Gläichzäiteg ass se och thermesch a gasbelastbar. Déi meescht Motoren mat engem héije Schub-/Gewiichtsverhältnis benotzen ringfërmeg Verbrennungskammeren, déi eng kuerz Längt an eng héich Hëtztkapazitéit hunn. Déi maximal Temperatur an der Verbrennungskammer erreecht 2000 ℃, an d'Wandtemperatur erreecht 1150 ℃ no der Ofkillung mat engem Gasfilm oder enger Damp. Grouss Temperaturgradienten tëscht de verschiddenen Deeler generéieren thermesch Belaaschtungen, déi staark erop- a erofgoen, wann den Aarbechtszoustand ännert. D'Material ass thermesche Schock an thermescher Middegkeetsbelaaschtung ausgesat, an et gëtt Verzerrung, Rëss an aner Feeler. Allgemeng ass d'Verbrennungskammer aus Blechlegierung gemaach, an déi technesch Ufuerderunge ginn no de Betribsbedingunge vun de spezifeschen Deeler wéi follegt zesummegefaasst: et huet eng gewëssen Oxidatiounsbeständegkeet a Gaskorrosiounsbeständegkeet ënner de Bedingunge vun der Notzung vun Héichtemperaturlegierungen a Gas; et huet eng gewëssen direkt an Ausdauerfestigkeit, thermesch Middegkeetsleistung an en niddregen Expansiounskoeffizient; et huet genuch Plastizitéit a Schweessfäegkeet fir d'Veraarbechtung, d'Formung an d'Verbindung ze garantéieren; et huet eng gutt organisatoresch Stabilitéit ënner thermesche Zyklus fir e verlässleche Betrib bannent der Liewensdauer ze garantéieren.
a. Porescht Laminat vun der MA956-Legierung
An der fréier Phas gouf de poröse Laminat duerch Diffusiounsverbindung aus HS-188-Legierungsblech hiergestallt, nodeems en fotograféiert, geätzt, gerillt a gestanzt gouf. Déi bannenzeg Schicht kann no den Designufuerderunge zu engem ideale Killkanal gemaach ginn. Dës Strukturkillung brauch nëmmen 30% vum Killgas vun der traditioneller Filmkillung, wat d'Thermozykluseffizienz vum Motor verbessere kann, d'tatsächlech Hëtztdroekapazitéit vum Verbrennungskummermaterial reduzéiere kann, d'Gewiicht reduzéieren an d'Schub-Gewiicht-Verhältnis erhéijen kann. Am Moment ass et nach ëmmer néideg, déi Schlësseltechnologie duerchzebriechen, ier se an de prakteschen Asaz agesat ka ginn. De poröse Laminat aus MA956 ass eng nei Generatioun vu Verbrennungskummermaterial, déi vun den USA agefouert gouf a bei 1300 ℃ benotzt ka ginn.
b. Uwendung vu Keramikkompositen an der Verbrennungskammer
D'USA hunn zënter 1971 ugefaangen, d'Machbarkeet vun der Notzung vu Keramik fir Gasturbinnen ze iwwerpréiwen. Am Joer 1983 hunn e puer Gruppen, déi sech mat der Entwécklung vun fortgeschrattene Materialien an den USA beschäftegt hunn, eng Serie vu Leeschtungsindikatoren fir Gasturbinnen entwéckelt, déi a fortgeschrattene Fligeren agesat ginn. Dës Indikatoren sinn: d'Turbinneinlaaftemperatur op 2200 ℃ erhéijen; ënner dem Verbrennungszoustand vun der chemescher Berechnung schaffen; d'Dicht, déi op dës Deeler ugewannt gëtt, vun 8g/cm3 op 5g/cm3 reduzéieren; d'Ofkillung vun de Komponenten ofbriechen. Fir dës Ufuerderungen ze erfëllen, goufen zu de Materialien, déi ënnersicht goufen, zousätzlech zu der Eenphas-Keramik och Graphit, Metallmatrix, Keramikmatrixkompositen an Intermetallverbindungen studéiert. Keramikmatrixkompositen (CMC) hunn déi folgend Virdeeler:
Den Ausdehnungskoeffizient vu Keramikmaterial ass vill méi kleng wéi dee vun enger Nickel-baséierter Legierung, an d'Beschichtung ass einfach ofzezéien. D'Hierstellung vu Keramikkompositen mat intermediärem Metallfilz kann den Defekt vum Ofblatzen iwwerwannen, wat d'Entwécklungsrichtung vu Verbrennungskummermaterialien ass. Dëst Material kann mat 10% - 20% Killloft benotzt ginn, an d'Temperatur vun der Metallréckisolatioun ass nëmmen ongeféier 800 ℃, an d'Hëtztdréiertemperatur ass vill méi niddreg wéi déi vun divergenter Ofkillung a Filmofkillung. Goss Superlegierung B1900+ Keramikbeschichtung Schutzfliesen ginn am V2500 Motor benotzt, an d'Entwécklungsrichtung ass et, B1900 (mat Keramikbeschichtung) Fliesen duerch SiC-baséiert Komposit oder Antioxidatiouns-C/C-Komposit z'ersetzen. Keramikmatrixkomposit ass d'Entwécklungsmaterial vun der Verbrennungskummer vum Motor mat engem Schubgewiichtsverhältnis vun 15-20, an seng Betribstemperatur ass 1538 ℃ - 1650 ℃. Et gëtt fir Flammröhr, schwiewend Mauer an Nowbrenner benotzt.
2. Héichtemperaturlegierung fir Turbinnen
D'Turbinneblieder vun engem Loftfaartmotor sinn ee vun de Komponenten, déi déi schwéierst Temperaturbelaaschtung an déi schlechtst Aarbechtsëmfeld am Loftfaartmotor ausstoen. Si muss ganz grouss a komplex Belaaschtungen ënner héijen Temperaturen ausstoen, dofir si seng Materialufuerderunge ganz streng. D'Superlegierungen fir Turbinneblieder vu Loftfaartmotoren sinn opgedeelt an:
a. Héichtemperaturlegierung fir Féierung
Den Deflektor ass ee vun den Deeler vum Turbinnemotor, déi am meeschte vun der Hëtzt beaflosst ginn. Wann eng ongläichméisseg Verbrennung an der Verbrennungskammer stattfënnt, ass d'Hëtzbelaaschtung vun der éischter Stuf Leedscheif grouss, wat den Haaptgrond fir de Schued un der Leedscheif ass. Seng Betribstemperatur ass ongeféier 100 ℃ méi héich wéi déi vun der Turbinneblatt. Den Ënnerscheed ass, datt déi statesch Deeler net mechanescher Belaaschtung ausgesat sinn. Normalerweis ass et einfach, thermesch Belaaschtung, Verzerrung, thermesch Middegkeetsrëss a lokal Verbrennunge verursaacht duerch séier Temperaturännerungen. D'Leedscheiflegierung muss déi folgend Eegeschafte hunn: genuch Héichtemperaturfestigkeit, permanent Schleifleistung a gutt thermesch Middegkeetsleistung, héich Oxidatiounsbeständegkeet a thermesch Korrosiounsleistung, thermesch Belaaschtungs- a Vibratiounsbeständegkeet, Biegeverformungsfäegkeet, gutt Gossprozessformleistung a Schweessbarkeet, a Beschichtungsschutzleistung.
Aktuell benotzen déi meescht fortgeschratt Motoren mat engem héije Schub-Gewiichtsverhältnis huel gegoss Blieder, an et gi Richtungs- a Singlekristall-Nickel-baséiert Superlegierungen ausgewielt. De Motor mat engem héije Schub-Gewiichtsverhältnis huet eng héich Temperatur vun 1650 ℃ - 1930 ℃ a muss duerch eng thermesch Isolatiounsbeschichtung geschützt ginn. D'Betribstemperatur vun der Bliederlegierung ënner Ofkillungs- a Beschichtungsschutzbedingungen ass méi wéi 1100 ℃, wat nei an héich Ufuerderungen un d'Temperaturdichtkäschte vum Führungsblattmaterial an der Zukunft stellt.
b. Superlegierungen fir Turbinneblieder
Turbinneblieder sinn déi wichtegst hëtzedroend rotéierend Deeler vu Loftfaartmotoren. Hir Betribstemperatur ass 50 ℃ - 100 ℃ méi niddreg wéi déi vun de Féierungsblieder. Si hale beim Rotéieren grouss Zentrifugalspannungen, Vibratiounsspannungen, Wärmesspannungen, Loftstroumreschter an aner Effekter aus, an d'Aarbechtsbedingunge si schlecht. D'Liewensdauer vun den Hot-End-Komponenten vum Motor mat engem héije Schub-/Gewiichtsverhältnis ass méi wéi 2000 Stonnen. Dofir muss d'Turbinnebliederlegierung eng héich Schleiffestigkeit a Brochfestigkeit bei Betribstemperatur hunn, gutt ëmfaassend Eegeschafte bei héijen a mëttleren Temperaturen, wéi z. B. Middegkeet bei héijen a niddregen Zyklen, Middegkeet bei kaler a waarmer, genuch Plastizitéit a Schlagfestigkeit, a Kerbeempfindlechkeet; Héich Oxidatiounsbeständegkeet a Korrosiounsbeständegkeet; Gutt Wärmeleitfäegkeet a niddrege linearen Ausdehnungskoeffizient; Gutt Leeschtung beim Gossprozess; Laangfristeg strukturell Stabilitéit, keng TCP-Phasenfällung bei Betribstemperatur. Déi ugewandte Legierung geet duerch véier Etappen; Uwendungen vun deforméierte Legierungen enthalen GH4033, GH4143, GH4118, etc.; D'Uwendung vu Gosslegierungen ëmfaasst K403, K417, K418, K405, geriicht vergréissert Gold DZ4, DZ22, Eenkristalllegierungen DD3, DD8, PW1484, etc. Am Moment huet sech déi drëtt Generatioun vun Eenkristalllegierungen entwéckelt. Déi chinesesch Eenkristalllegierungen DD3 an DD8 ginn a China a Turbinnen, Turbofanmotoren, Helikopteren a Schëffsmotoren agesat.
3. Héichtemperaturlegierung fir Turbinnescheif
D'Turbinnescheif ass den am meeschte belaaschten rotéierende Lagerdeel vum Turbinnemotor. D'Aarbechtstemperatur vum Radflansch vum Motor mat engem Schubgewiichtsverhältnis vun 8 an 10 erreecht 650 ℃ an 750 ℃, an d'Temperatur vum Radzentrum ass ongeféier 300 ℃, mat engem groussen Temperaturënnerscheed. Wärend der normaler Rotatioun dréit se d'Scheif mat héijer Geschwindegkeet a dréit déi maximal Zentrifugalkraaft, Wärmespannung a Vibratiounsspannung. All Start an Stop sinn e Zyklus, Radzentrum. Den Hals, den ënneschten Deel vun der Nut an de Rand droen all verschidde Kompositspannungen. D'Legierung muss déi héchst Streckgrenz, Schlagfestigkeit a keng Kerbeempfindlechkeet bei der Betribstemperatur hunn; Niddrege linearen Ausdehnungskoeffizient; Bestëmmte Oxidatiouns- a Korrosiounsbeständegkeet; Gutt Schnëttleistung.
4. Loftfaart-Superlegierung
D'Superlegierung am Flëssegkeetsrakéitemotor gëtt als Brennstoffinjektorpanel vun der Verbrennungskammer an der Schubkammer benotzt; Turbinnepompel-Ellbogen, Flansch, Graphit-Ruderbefestigung, etc. Héichtemperaturlegierung a Flëssegkeetsrakéitemotor gëtt als Brennstoffkummerinjektorpanel an der Schubkammer benotzt; Turbinnepompel-Ellbogen, Flansch, Graphit-Ruderbefestigung, etc. GH4169 gëtt als Material fir Turbinnerotor, Well, Wellenhülse, Befestigung an aner wichteg Lagerdeeler benotzt.
D'Materialien fir d'Turbinnerotor vun amerikanesche Flëssegkeetsrakéitemotore sinn haaptsächlech d'Ansaugrouer, d'Turbinneblad an d'Scheif. D'GH1131-Legierung gëtt meeschtens a China benotzt, an d'Turbinneblad hänkt vun der Betribstemperatur of. Inconel x, Alloy713c, Astroloy a Mar-M246 solle hannereneen benotzt ginn; d'Materialien fir d'Radscheiwen enthalen Inconel 718, Waspaloy, etc. Integralturbinne GH4169 an GH4141 ginn meeschtens benotzt, a GH2038A gëtt fir d'Motorwelle benotzt.