一.Szuperötvözet alkalmazása repülőgép-hajtóművekben
Turbinás motor munkafolyamata: A motor beindításakor a levegő a bemeneten keresztül belép a kompresszorba, nyomás alá kerül és az égéstérbe kerül, keveredik az üzemanyag-befecskendező fúvóka által kibocsátott tüzelőanyaggal, egyenletes keveréket képez, majd gyorsan meggyullad és eléget a levegőben. égéstér, magas hőmérsékletű gázt állít elő, amely a vezetőn keresztül a turbinába áramlik, és a turbina nagy sebességgel forog (a normál fordulatszám elérheti az 1100r/perc értéket is) magas hőmérsékletű és nagynyomású gázáram alatt. A turbinából származó gáz a farokfúvókából távozik, hogy tolóerőt hozzon létre. A vibráció, a légáramlás eróziója, különösen a forgás okozta centrifugális hatás miatt a repülőgép hajtóművének magas hőmérsékletű részei nagyobb igénybevételnek lesznek kitéve, a gáz sok oxigént, vízgőzt tartalmaz, és vannak maró hatású gázok, mint a SO2,H2S , amely szerepet fog játszani a magas hőmérsékletű alkatrészek oxidációjában és korróziójában. Legyen szó katonai repülőgépről, polgári repülőgépről, a szerkezeti és funkcionális teljesítményen túlmenően biztonságot és stabilitást is igényel, így a modern hajtóművek a magas tolóerő-tömeg arány, magas hőmérséklet, nagy nyomásviszony és egyéb teljesítmény mellett szigorú megbízhatósági, tartóssági, karbantarthatósági követelmények.
A szuperötvözet nagy termikus stabilitással és hőszilárdsággal rendelkezik, és jó korrózióállósággal és oxidációval szembeni ellenállással rendelkezik magas hőmérsékleten. Alapvető kulcsfontosságú anyag a repülőgép-turbinás hajtóművek forró végalkatrészeinek gyártásához, főként turbina forró végalkatrészeinek, nevezetesen turbinatárcsa, turbinavezető lapát, turbina munkalapát, égéstér és utánégető alkatrészek gyártásához. A modern, fejlett repülőgép-hajtóművekben a szuperötvözetek mennyisége a teljes hajtómű 40%-60%-át teszi ki.
Az égéstér a motoralkatrészek legmagasabb üzemi hőmérsékletű területe, és amikor az égéstérben a gáz hőmérséklete eléri a 1500-2000 C fokot, a kamrafal ötvözetének hőmérséklete elérheti a 800 ~ 900 C fokot, és a helyi A hőmérséklet elérheti az 1100 C-ot is. Az égéstérként használt ötvözet termikus igénybevételnek és gázütőerőnek van kitéve, különösen felszállás, gyorsítás és parkolás közben, és a hőmérsékletváltozások drasztikusabbak. A ciklikus fűtés és hűtés miatt az égéstér szélén gyakran deformáció, vetemedés és hőfáradási repedések jelennek meg.
Az utóbbi években az égéstérben használt szuperötvözetek többsége szilárd oldattal erősített ötvözetek, amelyek nagyszámú W, Mo, Nb és egyéb szilárd oldattal erősített elemeket, magas hőmérsékleti szilárdságot, jó alakítási és hegesztési teljesítményt tartalmaznak. A reprezentatív márkák a GH1140, GH3030, GH3039, GH3333, GH3018, GH3022, GH3044, GH3128, GH3170 és így tovább.
A vezetőlapát egy olyan alkatrész, amely beállítja az égéstérből a gázáramlás irányát, más néven vezető. Ez a turbinás motor egyik része, amely nagy hőhatásnak van kitéve. Különösen akkor, ha az égéstér nem egyenletes és a működés nem jó, a vezetőlapát nagyobb hőterhelésnek van kitéve, és a fejlett turbinás motor vezetőlapátjának üzemi hőmérséklete elérheti az 1100 fokot. A hőterhelés okozta torzulás, a drasztikus hőmérsékletváltozások okozta termikus kifáradási repedések és a helyi égések a vezetőlapátok működési hibái.
A vezetőlapátként használt ötvözetek többségét precíziós öntési eljárással állítják elő, és több W, Mo,Nb,Al,Ti és egyéb szilárd oldatos szilárdító és öregedéserősítő elem adható az ötvözetekhez, valamint a C és B tartalom az ötvözetekben. az ötvözetek is magasabbak, mint a deformált magas hőmérsékletű ötvözeteké. Egyes vezetőlapátok is közvetlenül öregített lemezekből vannak hegesztve. A fejlett aeromotorok többnyire üreges öntvénylapátokat használnak, amelyek jó hűtési hatással rendelkeznek, és növelhetik az üzemi hőmérsékletet. A háztartási vezetőlapát ötvözet hőmérséklete elérheti a 000 ~ 1050 fokot, reprezentatív K214 precíziós öntőötvözet, K233, K406, K417, K403, K409, K408, K423B stb.
A motor fejlesztésével a motorturbina tárcsahőmérséklet további emelkedésének megfelelve a vezetőlapát szerkezete is megváltozott, a GH5605 és GH5188 átvételére törekednek. A deformált szuperötvözet lemez hegesztett rétegelt szerkezete vezetőlapátként szolgál.
A turbinalapátok a legsúlyosabb alkatrészek a repülőgép-hajtóművekben, amelyek magas üzemi hőmérséklettel és nagy centrifugális igénybevétellel, vibrációs igénybevétellel, termikus igénybevétellel és forgás közbeni légáramlási eróziós erővel rendelkeznek. A pengetest húzófeszültsége körülbelül 140 MPa, a penge gyökerének átlagos feszültsége 280-560 MPa. A pengetest és a gyökérrész hőmérséklete körülbelül 650-980 fok, illetve 760 fok. A fejlett aeromotor gázbemeneti hőmérséklete elérte az 1380 fokot, a tolóerő pedig elérte a 226 kN-t. A GH4033, GH4037 GH4143, GH4049, GH4151, GH4118, GH4220 stb. típusokra jellemző, 750-950 fokban használható. Az új gépek fejlesztése és a régi gépek átalakítása során az öntő szuperötvözetet a turbinalapátok gyártására használják. Az öntvényötvözetek tipikus minősége a K403, K417, K417G, K418, K403, K405, K4002 és így tovább.
A turbinatárcsa adja a legnagyobb tömeget az aeromotor-alkatrészek között, egyetlen tömege meghaladja az 50 kg-ot, a nagy turbinatárcsa tömege pedig eléri a több száz kilogrammot. A turbinatárcsa stúdióban a felni általános hőmérséklete elérheti a 550-650 C fokot, míg a kerékközéphőmérséklet csak körülbelül 300 C fok, a teljes turbinatárcsa hőmérsékletkülönbsége pedig igen nagy. Ezért nagy radiális hőfeszültség keletkezik. A turbinalapátok normál forgás közben nagy sebességgel forognak, és nagy centrifugális erőt viselnek. A csapfogrész igénybevétele összetettebb, beleértve a húzófeszültséget és a torziós feszültséget, amelyek nagy feszültséget és alacsony ciklusfáradást képeznek az indítás és a leállítás során.
Deformált szuperötvözetek turbina tárcsákhoz, az egyik típus a vas-nikkel alapú szuperötvözetek, a tipikus ötvözetminőségek a GH2132, GH2135, GH2901, GH4761 stb., az üzemi hőmérséklet 650 fok alatt van; Egy másik fajta nikkel alapú szuperötvözet, a tipikus márka GH4196, GH4133, GH4133B, GH4033A, GH4698 stb., a hőmérséklet elérheti a 700 ^ 800 fokot.
2. Szuperötvözet alkalmazása rakétamotorokban
Carrier rakéta egy olyan jármű, hogy küldjön a különböző űrhajók űrpályára, szuperötvözet az űr területén elsősorban a tolóerő hordozó rakétamotor. A 2. ábra a folyékony tüzelőanyaggal működő rakétamotor és szerkezetének sematikus diagramja, amely a hajtóanyag-tartályban vagy a járműben lévő reaktánsokat (hajtóanyagokat) nagysebességű fúvókákká alakítja tolóerő generálására. A (b) ábrán látható, hogy a légáramlás a rakétahajtómű fúvókájánál eléri a 2500 m/s-t, a hőmérséklet pedig eléri az 1350 fokot.
A rakétamotor-szuperötvözetek elvileg használhatók repülőgép-turbinás hajtóművekkel, de a repülési hajtóművekhez képest a rakétamotorok anyagai néhány új tulajdonsággal rendelkeznek:
A nikkel alapú deformált szuperötvözetek általában 10%-25% Cr elemet adnak hozzá, hogy biztosítsák az ötvözet jó oxidatív korrózióállóságát, így a nikkel alapú ötvözet valójában Ni-Cr a mátrix. Ezenkívül egyes ötvözetek Co(15%-20%), Mo (körülbelül 15%) vagy W (körülbelül 11%) elemeket adnak Ni-Cr szilárd oldathoz, hogy Ni-Cr-mal háromkomponensű, deformált szuperötvözetet képezzenek. -Co,Ni-Cr-Mo,Ni-Cr-W mátrixként, ill. A 6. táblázat a Kínában általánosan használt nikkel alapú deformált szuperötvözetek márkáit, kémiai összetételét és üzemi hőmérsékletét mutatja be. A 6. ábra a szuperötvözetek turbinalapátokon és tányérokon történő alkalmazásának fejlődési tendenciáját mutatja.
A kobalt alapú deformációs szuperötvözet alapvetően a Co-Ni-Cr hármas rendszeren alapul, és tartalmaz W, Mo, Nb, Ta és egyéb szilárd oldatos erősítő elemeket és keményfém képző elemeket. A nikkel alapú deformált szuperötvözetekhez képest a keményedési sebesség nagyobb, és az alkatrészek felületi minősége az alakítás után jobb, de az alakítási folyamat során általában több meleg megmunkálási hevítési időre vagy hideg deformáció közbenső izzítási időre van szükség, és a feldolgozó alakító berendezés tonnája is szükséges. A kobalt alapú deformált szuperötvözetek nagy szilárdsággal és kiváló hőfáradásállósággal, hőkorrózióval és kopásállósággal rendelkeznek, ha 980 fok felettiek. A kobalt alapú deformált szuperötvözetek fő erősítő fázisa azonban a keményfém, és nincs homogén erősítő fázis, tartós szilárdságuk pedig alacsonyabb, mint a nikkel alapú deformált szuperötvözetek alacsony és közepes hőmérsékleti tartományban. A 9. táblázat felsorolja a tipikus kobalt alapú deformált szuperötvözetek magas hőmérsékletű mechanikai tulajdonságait.