Aloi ya joto la juu pia huitwa aloi ya nguvu ya joto. Kwa mujibu wa muundo wa matrix, vifaa vinaweza kugawanywa katika makundi matatu: msingi wa nikeli ya chuma na msingi wa chromium. Kulingana na hali ya uzalishaji, inaweza kugawanywa katika superalloy iliyoharibika na superalloy ya kutupwa.
Ni malighafi ya lazima katika uwanja wa anga. Ni nyenzo muhimu kwa sehemu ya halijoto ya juu ya injini za utengenezaji wa anga na anga. Inatumika zaidi kwa utengenezaji wa chumba cha mwako, blade ya turbine, blade ya mwongozo, compressor na diski ya turbine, kesi ya turbine na sehemu zingine. Kiwango cha joto cha huduma ni 600 ℃ - 1200 ℃. Mkazo na hali ya mazingira hutofautiana na sehemu zinazotumiwa. Kuna mahitaji madhubuti ya mali ya mitambo, ya mwili na kemikali ya aloi. Ni sababu ya kuamua kwa utendaji, kuegemea na maisha ya injini. Kwa hivyo, superalloy ni moja ya miradi muhimu ya utafiti katika nyanja za anga na ulinzi wa kitaifa katika nchi zilizoendelea.
Matumizi kuu ya superalloys ni:
1. Aloi ya joto la juu kwa chumba cha mwako
Chumba cha mwako (pia hujulikana kama mirija ya moto) ya injini ya turbine ya anga ni mojawapo ya vipengele muhimu vya halijoto ya juu. Kwa kuwa atomization ya mafuta, mchanganyiko wa mafuta na gesi na michakato mingine hufanyika kwenye chumba cha mwako, joto la juu katika chumba cha mwako linaweza kufikia 1500 ℃ - 2000 ℃, na joto la ukuta kwenye chumba cha mwako linaweza kufikia 1100 ℃. Wakati huo huo, pia huzaa matatizo ya joto na matatizo ya gesi. Injini nyingi zilizo na uwiano wa juu wa msukumo / uzito hutumia vyumba vya mwako vya annular, ambavyo vina urefu mfupi na uwezo wa juu wa joto. Joto la juu katika chumba cha mwako hufikia 2000 ℃, na joto la ukuta hufikia 1150 ℃ baada ya filamu ya gesi au baridi ya mvuke. Gradients kubwa za joto kati ya sehemu mbalimbali zitazalisha dhiki ya joto, ambayo itapanda na kushuka kwa kasi wakati hali ya kazi inabadilika. Nyenzo zitakuwa chini ya mshtuko wa joto na mzigo wa uchovu wa joto, na kutakuwa na kupotosha, nyufa na makosa mengine. Kwa ujumla, chumba cha mwako kinafanywa kwa aloi ya karatasi, na mahitaji ya kiufundi yanafupishwa kama ifuatavyo kulingana na hali ya huduma ya sehemu maalum: ina upinzani fulani wa oxidation na upinzani wa kutu wa gesi chini ya masharti ya kutumia aloi ya juu ya joto na gesi; Ina nguvu fulani ya papo hapo na ya uvumilivu, utendaji wa uchovu wa joto na mgawo wa upanuzi wa chini; Ina plastiki ya kutosha na uwezo wa weld ili kuhakikisha usindikaji, kutengeneza na kuunganisha; Ina utulivu mzuri wa shirika chini ya mzunguko wa joto ili kuhakikisha uendeshaji wa kuaminika ndani ya maisha ya huduma.
a. MA956 alloy porous laminate
Katika hatua ya awali, laminate ya porous ilitengenezwa kwa karatasi ya aloi ya HS-188 kwa kuunganisha kueneza baada ya kupigwa picha, etched, grooved na kupigwa. Safu ya ndani inaweza kufanywa kuwa chaneli bora ya baridi kulingana na mahitaji ya muundo. Upoaji wa muundo huu unahitaji tu 30% ya gesi ya kupoeza ya upoaji wa filamu ya kitamaduni, ambayo inaweza kuboresha ufanisi wa mzunguko wa joto wa injini, kupunguza uwezo halisi wa kubeba joto wa nyenzo za chumba cha mwako, kupunguza uzito, na kuongeza uzito wa msukumo. uwiano. Kwa sasa, bado ni muhimu kuvunja kupitia teknolojia muhimu kabla ya kuwekwa katika matumizi ya vitendo. Laminate yenye vinyweleo iliyotengenezwa kwa MA956 ni kizazi kipya cha nyenzo za chumba cha mwako kilicholetwa na Marekani, ambacho kinaweza kutumika kwa 1300 ℃.
b. Utumiaji wa mchanganyiko wa kauri kwenye chumba cha mwako
Marekani imeanza kuthibitisha uwezekano wa kutumia keramik kwa mitambo ya gesi tangu 1971. Mnamo 1983, baadhi ya vikundi vinavyohusika na maendeleo ya vifaa vya juu nchini Marekani vimeunda mfululizo wa viashiria vya utendaji kwa mitambo ya gesi inayotumiwa katika ndege za juu. Viashiria hivi ni: kuongeza joto la ghuba la turbine hadi 2200 ℃; Fanya kazi chini ya hali ya mwako wa hesabu ya kemikali; Punguza wiani unaotumika kwa sehemu hizi kutoka 8g/cm3 hadi 5g/cm3; Ghairi upoaji wa vipengele. Ili kukidhi mahitaji haya, nyenzo zilizosomwa ni pamoja na grafiti, matrix ya chuma, composites ya matrix ya kauri na misombo ya intermetallic pamoja na keramik ya awamu moja. Mchanganyiko wa matrix ya kauri (CMC) ina faida zifuatazo:
Mgawo wa upanuzi wa nyenzo za kauri ni ndogo zaidi kuliko ile ya aloi ya msingi wa nikeli, na mipako ni rahisi kufuta. Kufanya composites za kauri na chuma cha kati kujisikia kunaweza kuondokana na kasoro ya flaking, ambayo ni mwelekeo wa maendeleo ya vifaa vya chumba cha mwako. Nyenzo hii inaweza kutumika kwa 10% - 20% ya hewa ya baridi, na joto la insulation ya nyuma ya chuma ni karibu 800 ℃, na joto la kuzaa joto ni la chini sana kuliko lile la kupoeza tofauti na kupoeza filamu. Kigae cha kinga cha mipako ya superalloy B1900+ya kauri hutumiwa katika injini ya V2500, na mwelekeo wa usanidi ni kuchukua nafasi ya kigae cha B1900 (na mipako ya kauri) na mchanganyiko unaotegemea SiC au kizuia oxidation C/C. Mchanganyiko wa matrix ya kauri ni nyenzo ya maendeleo ya chumba cha mwako wa injini na uwiano wa uzito wa 15-20, na joto la huduma yake ni 1538 ℃ - 1650 ℃. Inatumika kwa bomba la moto, ukuta unaoelea na taa ya nyuma.
2. Aloi ya joto la juu kwa turbine
Blade ya turbine ya aero-injini ni mojawapo ya vipengele vinavyobeba mzigo mkubwa wa joto na mazingira mabaya zaidi ya kazi katika injini ya aero. Inapaswa kubeba dhiki kubwa sana na ngumu chini ya joto la juu, hivyo mahitaji yake ya nyenzo ni kali sana. Aloi za juu za vile vile vya turbine ya aero-injini zimegawanywa katika:
a. Aloi ya joto la juu kwa mwongozo
Deflector ni mojawapo ya sehemu za injini ya turbine ambazo huathiriwa zaidi na joto. Wakati mwako usio na usawa unatokea kwenye chumba cha mwako, mzigo wa joto wa valve ya mwongozo wa hatua ya kwanza ni kubwa, ambayo ndiyo sababu kuu ya uharibifu wa vani ya mwongozo. Joto la huduma yake ni karibu 100 ℃ juu kuliko ile ya blade ya turbine. Tofauti ni kwamba sehemu za tuli si chini ya mzigo wa mitambo. Kawaida, ni rahisi kusababisha mkazo wa joto, kuvuruga, ufa wa uchovu wa joto na kuchoma kwa mitaa kunakosababishwa na mabadiliko ya haraka ya joto. Aloi ya Vane ya mwongozo itakuwa na sifa zifuatazo: nguvu ya kutosha ya joto la juu, utendaji wa kudumu wa kutambaa na utendaji mzuri wa uchovu wa mafuta, upinzani wa juu wa oxidation na utendaji wa kutu ya mafuta, mkazo wa joto na upinzani wa mtetemo, uwezo wa deformation ya kupiga, utendaji mzuri wa uundaji wa mchakato na weldability; na utendaji wa ulinzi wa mipako.
Kwa sasa, injini za hali ya juu zilizo na uwiano wa juu wa msukumo/uzito hutumia vilele vya kutupwa visivyo na mashimo, na aloi za msingi za nikeli zenye mwelekeo na fuwele huchaguliwa. Injini yenye uwiano wa juu wa uzito wa msukumo ina joto la juu la 1650 ℃ - 1930 ℃ na inahitaji kulindwa na mipako ya insulation ya mafuta. Joto la huduma ya aloi ya blade chini ya hali ya baridi na ulinzi wa mipako ni zaidi ya 1100 ℃, ambayo inaweka mbele mahitaji mapya na ya juu kwa gharama ya msongamano wa joto wa nyenzo za blade ya mwongozo katika siku zijazo.
b. Superalloys kwa vile turbine
Vipande vya turbine ni sehemu muhimu zinazobeba joto za injini za anga. Joto lao la kufanya kazi ni 50 ℃ - 100 ℃ chini kuliko vile vile vya mwongozo. Zinabeba mkazo mkubwa wa katikati, dhiki ya mtetemo, mkazo wa joto, upeperushaji wa mtiririko wa hewa na athari zingine wakati wa kuzunguka, na hali ya kazi ni duni. Maisha ya huduma ya vipengele vya mwisho vya moto vya injini yenye uwiano wa juu wa kutia / uzito ni zaidi ya 2000h. Kwa hiyo, aloi ya blade ya turbine itakuwa na upinzani wa juu wa kutambaa na nguvu ya kupasuka kwa joto la huduma, sifa nzuri za joto la juu na la kati, kama vile uchovu wa mzunguko wa juu na wa chini, uchovu wa baridi na moto, plastiki ya kutosha na ushupavu wa athari, na unyeti wa notch; Upinzani wa juu wa oxidation na upinzani wa kutu; Conductivity nzuri ya mafuta na mgawo wa chini wa upanuzi wa mstari; Utendaji mzuri wa mchakato wa kutupwa; Uthabiti wa muda mrefu wa muundo, hakuna mvua ya awamu ya TCP katika halijoto ya huduma. Aloi iliyotumiwa hupitia hatua nne; Programu za aloi zilizoharibika ni pamoja na GH4033, GH4143, GH4118, nk; Utumiaji wa aloi ya kutupwa ni pamoja na K403, K417, K418, K405, dhahabu iliyoimarishwa kwa mwelekeo DZ4, DZ22, aloi moja ya kioo DD3, DD8, PW1484, nk Kwa sasa, imeendelea hadi kizazi cha tatu cha aloi za kioo moja. Aloi moja ya fuwele ya Uchina DD3 na DD8 mtawalia hutumiwa katika mitambo ya Uchina, injini za turbofan, helikopta na injini za meli.
3. Aloi ya joto la juu kwa disk ya turbine
Diski ya turbine ndio sehemu inayosisitizwa zaidi inayozunguka ya injini ya turbine. Joto la kufanya kazi la flange ya gurudumu la injini na uwiano wa uzito wa 8 na 10 hufikia 650 ℃ na 750 ℃, na joto la kituo cha gurudumu ni karibu 300 ℃, na tofauti kubwa ya joto. Wakati wa mzunguko wa kawaida, huendesha blade kuzunguka kwa kasi ya juu na huzaa nguvu ya juu ya centrifugal, mkazo wa joto na dhiki ya vibration. Kila kuanza na kuacha ni mzunguko, kituo cha gurudumu. Koo, chini ya kijito na ukingo vyote vina mikazo tofauti ya mchanganyiko. Aloi inahitajika kuwa na nguvu ya juu ya mavuno, ugumu wa athari na hakuna unyeti wa notch kwenye joto la huduma; Mgawo wa upanuzi wa mstari wa chini; Oxidation fulani na upinzani wa kutu; Utendaji mzuri wa kukata.
4. Aerospace superalloy
Superalloi katika injini ya roketi ya kioevu hutumiwa kama paneli ya injector ya mafuta ya chumba cha mwako katika chumba cha kusukuma; Kiwiko cha pampu ya turbine, flange, kitango cha usukani wa grafiti, n.k. Aloi ya joto la juu katika injini ya roketi ya kioevu hutumiwa kama paneli ya kuingiza chumba cha mafuta katika chumba cha kutia; Kiwiko cha pampu ya turbine, flange, kitango cha usukani wa grafiti, nk. GH4169 hutumika kama nyenzo ya rota ya turbine, shimoni, sleeve ya shimoni, kitango na sehemu zingine muhimu za kuzaa.
Nyenzo za rota ya turbine za injini ya roketi ya kioevu ya Amerika hujumuisha bomba la kuingiza, blade ya turbine na diski. Aloi ya GH1131 hutumiwa zaidi nchini Uchina, na blade ya turbine inategemea joto la kufanya kazi. Inconel x, Alloy713c, Astroloy na Mar-M246 zinapaswa kutumika mfululizo; Nyenzo za diski za gurudumu ni pamoja na Inconel 718, Waspaloy, nk. GH4169 na GH4141 turbine muhimu hutumiwa zaidi, na GH2038A hutumiwa kwa shimoni la injini.