Yuqori haroratli qotishma issiqlikka chidamli qotishma deb ham ataladi. Matritsa tuzilishiga ko'ra, materiallarni uch toifaga bo'lish mumkin: temir asosidagi nikel asosidagi va xrom asosidagi. Ishlab chiqarish usuliga ko'ra, uni deformatsiyalangan super qotishma va quyma super qotishmalarga bo'lish mumkin.
Bu aerokosmik sohada ajralmas xom ashyo hisoblanadi. Bu aerokosmik va aviatsiya ishlab chiqarish dvigatellarining yuqori haroratli qismi uchun asosiy materialdir. U asosan yonish kamerasi, turbina pichog'i, yo'naltiruvchi pichog'i, kompressor va turbina diski, turbina korpusi va boshqa qismlarni ishlab chiqarishda ishlatiladi. Xizmat ko'rsatish harorati diapazoni 600 ℃ - 1200 ℃. Stress va atrof-muhit sharoitlari ishlatiladigan qismlarga qarab farq qiladi. Qotishmaning mexanik, fizik va kimyoviy xususiyatlariga qat'iy talablar mavjud. Bu dvigatelning ishlashi, ishonchliligi va ishlash muddati uchun hal qiluvchi omil hisoblanadi. Shuning uchun superqotishma rivojlangan mamlakatlarda aerokosmik va milliy mudofaa sohalaridagi asosiy tadqiqot loyihalaridan biridir.
Superqotishmalarning asosiy qo'llanilishi:
1. Yonish kamerasi uchun yuqori haroratli qotishma
Aviatsiya turbinasi dvigatelining yonish kamerasi (shuningdek, olov trubkasi deb ham ataladi) yuqori haroratli asosiy komponentlardan biridir. Yoqilg'i atomizatsiyasi, neft va gazni aralashtirish va boshqa jarayonlar yonish kamerasida amalga oshirilganligi sababli, yonish kamerasidagi maksimal harorat 1500 ℃ - 2000 ℃ ga yetishi mumkin, yonish kamerasidagi devor harorati esa 1100 ℃ ga yetishi mumkin. Shu bilan birga, u termal stress va gaz stressiga ham bardosh beradi. Yuqori tortishish/og'irlik nisbatiga ega dvigatellarning aksariyati qisqa uzunlik va yuqori issiqlik sig'imiga ega bo'lgan halqasimon yonish kameralaridan foydalanadi. Yonish kamerasidagi maksimal harorat 2000 ℃ ga etadi va gaz plyonkasi yoki bug' bilan sovutilgandan keyin devor harorati 1150 ℃ ga etadi. Turli qismlar orasidagi katta harorat gradiyentlari termal stressni keltirib chiqaradi, bu ish holati o'zgarganda keskin ko'tariladi va pasayadi. Material termal zarba va termal charchoq yukiga duchor bo'ladi va deformatsiya, yoriqlar va boshqa nosozliklar bo'ladi. Odatda, yonish kamerasi list qotishmasidan tayyorlanadi va texnik talablar ma'lum qismlarning xizmat ko'rsatish shartlariga muvofiq quyidagicha umumlashtiriladi: yuqori haroratli qotishma va gazdan foydalanish sharoitida ma'lum oksidlanish qarshiligiga va gaz korroziyasiga chidamliligiga ega; ma'lum bir lahzali va chidamlilik kuchiga, termal charchoq ko'rsatkichlariga va past kengayish koeffitsientiga ega; ishlov berish, shakllantirish va ulashni ta'minlash uchun yetarli plastiklik va payvandlash qobiliyatiga ega; xizmat muddati davomida ishonchli ishlashni ta'minlash uchun termal tsikl ostida yaxshi tashkiliy barqarorlikka ega.
a. MA956 qotishma g'ovakli laminat
Dastlabki bosqichda, g'ovakli laminat HS-188 qotishma varag'idan fotosuratga olingan, o'yilgan, oluklangan va teshilgandan so'ng diffuziya bog'lanishi orqali tayyorlangan. Ichki qatlam dizayn talablariga muvofiq ideal sovutish kanaliga aylantirilishi mumkin. Ushbu struktura sovutish uchun an'anaviy plyonkali sovutishning sovutish gazining atigi 30% i kerak bo'ladi, bu dvigatelning issiqlik aylanishi samaradorligini oshirishi, yonish kamerasi materialining haqiqiy issiqlik ko'tarish qobiliyatini kamaytirishi, og'irlikni kamaytirishi va tortish-og'irlik nisbatini oshirishi mumkin. Hozirgi vaqtda uni amaliy qo'llashdan oldin asosiy texnologiyani sindirish kerak. MA956 dan tayyorlangan g'ovakli laminat - bu Qo'shma Shtatlar tomonidan taqdim etilgan yangi avlod yonish kamerasi materiali bo'lib, uni 1300 ℃ da ishlatish mumkin.
b. Keramik kompozitlarni yonish kamerasida qo'llash
Qo'shma Shtatlar 1971-yildan beri gaz turbinalari uchun keramikadan foydalanishning maqsadga muvofiqligini tekshirishni boshladi. 1983-yilda Qo'shma Shtatlarda ilg'or materiallarni ishlab chiqish bilan shug'ullanadigan ba'zi guruhlar ilg'or samolyotlarda ishlatiladigan gaz turbinalari uchun bir qator ishlash ko'rsatkichlarini ishlab chiqdilar. Bu ko'rsatkichlar quyidagilar: turbina kirish haroratini 2200 ℃ gacha oshirish; Kimyoviy hisoblashning yonish holatida ishlash; Bu qismlarga qo'llaniladigan zichlikni 8 g/sm3 dan 5 g/sm3 gacha kamaytirish; Komponentlarning sovishini bekor qilish. Ushbu talablarga javob berish uchun o'rganilayotgan materiallar bir fazali keramikadan tashqari grafit, metall matritsa, keramik matritsa kompozitlari va intermetallik birikmalarni o'z ichiga oladi. Keramika matritsa kompozitlari (CMC) quyidagi afzalliklarga ega:
Keramika materialining kengayish koeffitsienti nikel asosidagi qotishmaga qaraganda ancha kichik va qoplamani olib tashlash oson. Oraliq metall kigizdan keramik kompozitlarni tayyorlash yonish kamerasi materiallarining rivojlanish yo'nalishi bo'lgan po'stlanish nuqsonini bartaraf etishi mumkin. Ushbu material 10% - 20% sovutish havosi bilan ishlatilishi mumkin va metall orqa izolyatsiyasining harorati atigi 800 ℃ atrofida va issiqlik o'tkazuvchanlik harorati divergent sovutish va plyonka sovutishga qaraganda ancha past. V2500 dvigatelida quyma superqotishma B1900+keramika qoplamali himoya plitkasi ishlatiladi va rivojlanish yo'nalishi B1900 (keramika qoplamali) plitkasini SiC asosidagi kompozit yoki antioksidlovchi C/C kompozit bilan almashtirishdir. Keramika matritsali kompozit - bu dvigatel yonish kamerasining rivojlanish materiali bo'lib, uning tortish og'irlik nisbati 15-20 ga teng va uning ish harorati 1538 ℃ - 1650 ℃. U olov trubkasi, suzuvchi devor va yondirgich uchun ishlatiladi.
2. Turbina uchun yuqori haroratli qotishma
Aero-dvigatel turbinasi pichog'i aviatsiya dvigatelida eng og'ir harorat yukini va eng yomon ish muhitini ko'taradigan komponentlardan biridir. Yuqori harorat ostida u juda katta va murakkab stressga bardosh berishi kerak, shuning uchun uning material talablari juda qattiq. Aero-dvigatel turbinasi pichoqlari uchun superqotishmalar quyidagilarga bo'linadi:
a. Qo'llanma uchun yuqori haroratli qotishma
Deflektor turbina dvigatelining issiqlikdan eng ko'p ta'sirlanadigan qismlaridan biridir. Yonish kamerasida notekis yonish sodir bo'lganda, birinchi bosqich yo'naltiruvchi qanotning isitish yuki katta bo'ladi, bu yo'naltiruvchi qanotning shikastlanishining asosiy sababidir. Uning ish harorati turbina pichog'inikidan taxminan 100 ℃ yuqori. Farqi shundaki, statik qismlar mexanik yukga duchor bo'lmaydi. Odatda, haroratning tez o'zgarishi natijasida termal stress, buzilish, termal charchoq yorig'i va mahalliy kuyish paydo bo'lishi mumkin. Yo'naltiruvchi qanot qotishmasi quyidagi xususiyatlarga ega bo'lishi kerak: yetarlicha yuqori haroratga chidamlilik, doimiy sirpanish ko'rsatkichi va yaxshi termal charchoq ko'rsatkichi, yuqori oksidlanishga chidamlilik va termal korroziya ko'rsatkichi, termal stress va tebranish qarshiligi, egilish deformatsiyasi qobiliyati, yaxshi quyish jarayonida qoliplash ko'rsatkichi va payvandlash qobiliyati hamda qoplamani himoya qilish ko'rsatkichi.
Hozirgi vaqtda yuqori tortish/og'irlik nisbatiga ega bo'lgan eng ilg'or dvigatellar ichi bo'sh quyma pichoqlardan foydalanadi va yo'nalishli va bitta kristalli nikel asosidagi superqotishmalar tanlanadi. Yuqori tortish-og'irlik nisbatiga ega dvigatel 1650 ℃ - 1930 ℃ yuqori haroratga ega va issiqlik izolyatsiyasi qoplamasi bilan himoyalangan bo'lishi kerak. Sovutish va qoplamani himoya qilish sharoitida pichoq qotishmasining xizmat qilish harorati 1100 ℃ dan yuqori, bu kelajakda yo'naltiruvchi pichoq materialining harorat zichligi narxiga yangi va yuqori talablarni qo'yadi.
b. Turbina pichoqlari uchun superqotishmalar
Turbina pichoqlari aviatsiya dvigatellarining asosiy issiqlik o'tkazuvchan aylanuvchi qismlari hisoblanadi. Ularning ish harorati yo'naltiruvchi pichoqlarga qaraganda 50 ℃ - 100 ℃ pastroq. Ular aylanayotganda katta santrifüj kuchlanish, tebranish kuchlanishi, termal kuchlanish, havo oqimining tozalanishi va boshqa ta'sirlarga bardosh beradi va ish sharoitlari yomon. Yuqori tortish/og'irlik nisbatiga ega dvigatelning issiq uchli komponentlarining ishlash muddati 2000 soatdan ortiq. Shuning uchun, turbina pichoq qotishmasi ish haroratida yuqori sirpanish qarshiligi va yorilish kuchiga, yuqori va past sikl charchoqligi, sovuq va issiq charchoq, yetarli plastiklik va zarba chidamliligi va kesik sezgirligi kabi yaxshi yuqori va o'rta haroratli kompleks xususiyatlarga ega bo'lishi kerak; Yuqori oksidlanish qarshiligi va korroziyaga chidamlilik; Yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligi va past chiziqli kengayish koeffitsienti; Yaxshi quyish jarayonining ishlashi; Uzoq muddatli strukturaviy barqarorlik, ish haroratida TCP fazasi cho'kishi yo'q. Qo'llaniladigan qotishma to'rt bosqichdan o'tadi; Deformatsiyalangan qotishma qo'llanilishi GH4033, GH4143, GH4118 va boshqalarni o'z ichiga oladi; Quyma qotishmalarining qo'llanilishi K403, K417, K418, K405, yo'nalishli qattiqlashtirilgan oltin DZ4, DZ22, bitta kristalli qotishma DD3, DD8, PW1484 va boshqalarni o'z ichiga oladi. Hozirgi vaqtda u uchinchi avlod bitta kristalli qotishmalarga aylandi. Xitoyning bitta kristalli qotishmasi DD3 va DD8 mos ravishda Xitoyning turbinalarida, turbofanli dvigatellarida, vertolyotlarda va kema dvigatellarida qo'llaniladi.
3. Turbina disk uchun yuqori haroratli qotishma
Turbina diski turbina dvigatelining eng ko'p kuchlanishli aylanadigan podshipnik qismidir. 8 va 10 tortish og'irligi nisbati bilan dvigatelning g'ildirak flanesining ish harorati 650 ℃ va 750 ℃ ga etadi va g'ildirak markazining harorati taxminan 300 ℃ bo'lib, harorat farqi katta. Oddiy aylanish paytida u pichoqni yuqori tezlikda aylantirishga majbur qiladi va maksimal markazdan qochma kuch, termal stress va tebranish stressiga bardosh beradi. Har bir ishga tushirish va to'xtash sikl, g'ildirak markazidir. Tomoq, yiv tagligi va halqasi har xil kompozit stresslarga ega. Qotishma eng yuqori oqim kuchiga, zarbaga chidamlilikka va xizmat haroratida kesik sezgirligiga ega bo'lishi kerak; past chiziqli kengayish koeffitsienti; ma'lum bir oksidlanish va korroziyaga chidamlilik; yaxshi kesish samaradorligi.
4. Aerokosmik superqotishma
Suyuq raketa dvigatelidagi superqotishma itarish kamerasida yonish kamerasining yonilg'i injektor paneli sifatida ishlatiladi; Turbina nasosi tirsagi, gardish, grafit rul mahkamlagichi va boshqalar. Suyuq raketa dvigatelidagi yuqori haroratli qotishma itarish kamerasida yonilg'i kamerasi injektor paneli sifatida ishlatiladi; Turbina nasosi tirsagi, gardish, grafit rul mahkamlagichi va boshqalar. GH4169 turbina rotori, vali, val gilzasi, mahkamlagich va boshqa muhim podshipnik qismlarining materiali sifatida ishlatiladi.
Amerika suyuq raketa dvigatelining turbina rotor materiallari asosan kirish trubkasi, turbina pichog'i va diskni o'z ichiga oladi. GH1131 qotishmasi asosan Xitoyda ishlatiladi va turbina pichog'i ish haroratiga bog'liq. Inconel x, Alloy713c, Astroloy va Mar-M246 ketma-ket ishlatilishi kerak; g'ildirak disk materiallari Inconel 718, Waspaloy va boshqalarni o'z ichiga oladi. GH4169 va GH4141 integral turbinalari asosan ishlatiladi va GH2038A dvigatel vali uchun ishlatiladi.