Augstas temperatūras sakausējumu sauc arī par karstumizturības sakausējumu. Pēc matricas struktūras materiālus var iedalīt trīs kategorijās: dzelzs bāzes niķeļa bāzes un hroma bāzes. Atbilstoši ražošanas režīmam to var iedalīt deformētajā supersakausējumā un lietajā supersakausējumā.
Tas ir neaizstājams izejmateriāls kosmosa jomā. Tas ir galvenais materiāls aviācijas un aviācijas ražošanas dzinēju augstas temperatūras daļai. To galvenokārt izmanto sadegšanas kameras, turbīnas lāpstiņas, virzošās lāpstiņas, kompresora un turbīnas diska, turbīnas korpusa un citu detaļu ražošanai. Apkalpošanas temperatūras diapazons ir 600 ℃ - 1200 ℃. Spriedze un vides apstākļi atšķiras atkarībā no izmantotajām daļām. Ir stingras prasības sakausējuma mehāniskajām, fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām. Tas ir noteicošais faktors dzinēja veiktspējai, uzticamībai un kalpošanas laikam. Tāpēc supersakausējums ir viens no galvenajiem pētniecības projektiem aviācijas un valsts aizsardzības jomā attīstītajās valstīs.
Galvenie supersakausējumu pielietojumi ir:
1. Augstas temperatūras sakausējums sadegšanas kamerai
Aviācijas turbīnas dzinēja sadegšanas kamera (pazīstama arī kā liesmas caurule) ir viena no galvenajām augstas temperatūras sastāvdaļām. Tā kā degkamerā tiek veikta degvielas izsmidzināšana, eļļas un gāzes sajaukšana un citi procesi, maksimālā temperatūra sadegšanas kamerā var sasniegt 1500 ℃ - 2000 ℃, bet sienas temperatūra sadegšanas kamerā var sasniegt 1100 ℃. Tajā pašā laikā tas iztur arī termisko spriegumu un gāzes stresu. Lielākajai daļai dzinēju ar augstu vilces/masas attiecību tiek izmantotas gredzenveida sadegšanas kameras, kurām ir īss garums un augsta siltuma jauda. Maksimālā temperatūra sadegšanas kamerā sasniedz 2000 ℃, un sienu temperatūra sasniedz 1150 ℃ pēc gāzes plēves vai tvaika dzesēšanas. Lieli temperatūras gradienti starp dažādām daļām radīs termisko spriegumu, kas, mainoties darba stāvoklim, strauji paaugstināsies un pazemināsies. Materiāls tiks pakļauts termiskajam triecienam un termiskā noguruma slodzei, kā arī radīsies deformācijas, plaisas un citi defekti. Parasti sadegšanas kamera ir izgatavota no lokšņu sakausējuma, un tehniskās prasības ir apkopotas šādi atbilstoši konkrētu detaļu ekspluatācijas apstākļiem: tai ir noteikta oksidācijas izturība un gāzes izturība pret koroziju augstas temperatūras sakausējuma un gāzes lietošanas apstākļos; Tam ir noteikta momentāna un izturības izturība, termiskā noguruma veiktspēja un zems izplešanās koeficients; Tam ir pietiekama plastika un metināšanas spēja, lai nodrošinātu apstrādi, formēšanu un savienojumu; Tam ir laba organizatoriskā stabilitāte termiskā cikla laikā, lai nodrošinātu uzticamu darbību ekspluatācijas laikā.
a. MA956 sakausējuma porains lamināts
Agrīnā stadijā porainais lamināts tika izgatavots no HS-188 sakausējuma loksnes ar difūzijas savienošanu pēc fotografēšanas, iegravēšanas, rievošanas un caurumošanas. Iekšējo slāni var izveidot par ideālu dzesēšanas kanālu atbilstoši dizaina prasībām. Šai struktūras dzesēšanai nepieciešami tikai 30% no tradicionālās plēves dzesēšanas dzesēšanas gāzes, kas var uzlabot dzinēja termiskā cikla efektivitāti, samazināt sadegšanas kameras materiāla faktisko siltuma nestspēju, samazināt svaru un palielināt vilces svaru. attiecība. Pašlaik vēl ir nepieciešams izlauzties cauri galvenajai tehnoloģijai, lai to varētu izmantot praktiski. Porains lamināts, kas izgatavots no MA956, ir Amerikas Savienotajās Valstīs ieviests jaunas paaudzes sadegšanas kameras materiāls, ko var izmantot 1300 ℃ temperatūrā.
b. Keramikas kompozītmateriālu pielietošana sadegšanas kamerā
Amerikas Savienotās Valstis ir sākušas pārbaudīt keramikas izmantošanas iespējamību gāzturbīnās kopš 1971. gada. 1983. gadā dažas grupas, kas nodarbojas ar progresīvu materiālu izstrādi Amerikas Savienotajās Valstīs, ir formulējušas virkni veiktspējas rādītāju gāzturbīnām, ko izmanto modernajos lidaparātos. Šie indikatori ir: palielināt turbīnas ieplūdes temperatūru līdz 2200 ℃; Darbojas ķīmiskā aprēķina degšanas stāvoklī; Samaziniet šīm daļām piemēroto blīvumu no 8g/cm3 līdz 5g/cm3; Atceliet komponentu dzesēšanu. Lai izpildītu šīs prasības, papildus vienfāzes keramikai pētītie materiāli ietver grafītu, metāla matricu, keramikas matricas kompozītmateriālus un intermetāliskus savienojumus. Keramikas matricas kompozītmateriāliem (CMC) ir šādas priekšrocības:
Keramikas materiāla izplešanās koeficients ir daudz mazāks nekā sakausējumam uz niķeļa bāzes, un pārklājumu ir viegli nolobīt. Keramikas kompozītmateriālu izgatavošana ar starpposma metāla filcu var pārvarēt plīvēšanās defektu, kas ir sadegšanas kameras materiālu attīstības virziens. Šo materiālu var izmantot ar 10% - 20% dzesēšanas gaisu, un metāla aizmugures izolācijas temperatūra ir tikai aptuveni 800 ℃, un siltuma nesošā temperatūra ir daudz zemāka nekā atšķirīga dzesēšana un plēves dzesēšana. V2500 dzinējā tiek izmantota lietie supersakausējuma B1900+keramikas pārklājuma aizsargflīzes, un attīstības virziens ir B1900 (ar keramikas pārklājumu) flīzes nomaiņa ar kompozītmateriālu uz SiC bāzes vai antioksidācijas C/C kompozītu. Keramikas matricas kompozīts ir dzinēja sadegšanas kameras izstrādes materiāls ar vilces svara attiecību 15-20, un tā darba temperatūra ir 1538 ℃ - 1650 ℃. To izmanto liesmas caurulei, peldošai sienai un pēcdedzināšanai.
2. Augstas temperatūras sakausējums turbīnai
Aviācijas dzinēja turbīnas lāpstiņa ir viena no sastāvdaļām, kas iztur vislielāko temperatūras slodzi un sliktāko darba vidi aeronautikas dzinējā. Tam ir jāiztur ļoti liels un sarežģīts spriegums augstā temperatūrā, tāpēc materiāla prasības ir ļoti stingras. Aviācijas dzinēju turbīnu lāpstiņu supersakausējumi ir sadalīti:
a. Augstas temperatūras sakausējums vadotnei
Deflektors ir viena no turbīnas dzinēja daļām, ko visvairāk ietekmē karstums. Ja sadegšanas kamerā notiek nevienmērīga sadegšana, pirmās pakāpes virzošās lāpstiņas sildīšanas slodze ir liela, kas ir galvenais virzošās lāpstiņas bojājuma iemesls. Tā darba temperatūra ir par aptuveni 100 ℃ augstāka nekā turbīnas lāpstiņai. Atšķirība ir tāda, ka statiskās daļas nav pakļautas mehāniskai slodzei. Parasti ir viegli izraisīt termisko stresu, deformāciju, termiskā noguruma plaisas un lokālu apdegumu, ko izraisa straujas temperatūras izmaiņas. Vadošās lāpstiņas sakausējumam ir jābūt šādām īpašībām: pietiekama izturība augstā temperatūrā, pastāvīga šļūdes veiktspēja un laba termiskā noguruma veiktspēja, augsta oksidācijas un termiskās korozijas veiktspēja, termiskā sprieguma un vibrācijas izturība, lieces deformācijas spēja, laba liešanas procesa formēšanas veiktspēja un metināmība, un pārklājuma aizsardzības veiktspēja.
Pašlaik vismodernākie dzinēji ar augstu vilces/masas attiecību izmanto dobus lāpstiņus, un tiek atlasīti virziena un viena kristāla supersakausējumi uz niķeļa bāzes. Dzinējam ar augstu vilces un svara attiecību ir augsta temperatūra 1650 ℃ - 1930 ℃, un tas ir jāaizsargā ar siltumizolācijas pārklājumu. Lāpstiņas sakausējuma darba temperatūra dzesēšanas un pārklājuma aizsardzības apstākļos ir vairāk nekā 1100 ℃, kas nākotnē izvirza jaunas un augstākas prasības vadotnes lāpstiņas materiāla temperatūras blīvuma izmaksām.
b. Supersakausējumi turbīnu lāpstiņām
Turbīnu lāpstiņas ir galvenās aviācijas dzinēju siltumnesošās rotējošās daļas. To darba temperatūra ir par 50 ℃ - 100 ℃ zemāka nekā vadotnes asmeņiem. Tiem ir liels centrbēdzes spriegums, vibrācijas spriegums, termiskais spriegums, gaisa plūsmas beršana un citi efekti, kad tie griežas, un darba apstākļi ir slikti. Dzinēja karstā gala komponentu ar augstu vilces/masas attiecību kalpošanas laiks ir vairāk nekā 2000h. Tāpēc turbīnas lāpstiņu sakausējumam ir jābūt ar augstu šļūdes pretestību un izturību pret plīsumiem ekspluatācijas temperatūrā, labām augstas un vidējās temperatūras visaptverošajām īpašībām, piemēram, augsta un zema cikla nogurums, aukstuma un karstuma nogurums, pietiekama plastiskums un triecienizturība, kā arī roba jutība; Augsta oksidācijas un korozijas izturība; Laba siltumvadītspēja un zems lineārās izplešanās koeficients; Laba liešanas procesa veiktspēja; Ilgtermiņa struktūras stabilitāte, bez TCP fāzes nokrišņiem ekspluatācijas temperatūrā. Izmantotais sakausējums iziet četrus posmus; Deformētu sakausējumu lietojumi ietver GH4033, GH4143, GH4118 utt.; Liešanas sakausējuma pielietojums ietver K403, K417, K418, K405, virziena cietināto zeltu DZ4, DZ22, monokristālu sakausējumu DD3, DD8, PW1484 utt. Šobrīd tas ir izstrādāts līdz trešās paaudzes monokristālu sakausējumiem. Ķīnas viena kristāla sakausējumu DD3 un DD8 attiecīgi izmanto Ķīnas turbīnās, turboventilatoru dzinējos, helikopteros un kuģu dzinējos.
3. Augstas temperatūras sakausējums turbīnas diskam
Turbīnas disks ir turbīnas dzinēja visvairāk noslogotā rotējošā gultņa daļa. Dzinēja riteņa atloka darba temperatūra ar vilces svara attiecību 8 un 10 sasniedz 650 ℃ un 750 ℃, un riteņa centra temperatūra ir aptuveni 300 ℃ ar lielu temperatūras starpību. Normālas rotācijas laikā tas liek asmenim griezties lielā ātrumā un iztur maksimālo centrbēdzes spēku, termisko spriegumu un vibrācijas stresu. Katrs starts un apstāšanās ir cikls, riteņa centrs. Kakls, rievas dibens un loks iztur dažādus saliktos spriegumus. Sakausējumam ir jābūt visaugstākajai tecēšanas robežai, triecienizturībai un bez iecirtuma jutībai ekspluatācijas temperatūrā; Zems lineārās izplešanās koeficients; Noteikta oksidācijas un korozijas izturība; Laba griešanas veiktspēja.
4. Aviācijas un kosmosa supersakausējums
Šķidruma raķešu dzinējā esošais supersakausējums tiek izmantots kā sadegšanas kameras degvielas iesmidzināšanas panelis vilces kamerā; Turbīnas sūkņa elkonis, atloks, grafīta stūres stiprinājums utt. Augstas temperatūras sakausējums šķidrā raķešu dzinējā tiek izmantots kā degvielas kameras inžektora panelis vilces kamerā; Turbīnas sūkņa elkonis, atloks, grafīta stūres stiprinājums utt. GH4169 tiek izmantots kā turbīnas rotora, vārpstas, vārpstas uzmavas, stiprinājuma un citu svarīgu gultņu daļu materiāls.
Amerikāņu šķidro raķešu dzinēju turbīnas rotoru materiāli galvenokārt ietver ieplūdes cauruli, turbīnas lāpstiņu un disku. GH1131 sakausējums galvenokārt tiek izmantots Ķīnā, un turbīnas lāpstiņa ir atkarīga no darba temperatūras. Inconel x, Alloy713c, Astroloy un Mar-M246 jāizmanto secīgi; Riteņu disku materiāli ir Inconel 718, Waspaloy uc Pārsvarā tiek izmantotas integrētās turbīnas GH4169 un GH4141, bet dzinēja vārpstai - GH2038A.