一.Aplicació de superaliatge en motor aerodinàmic
Flux de treball del motor de turbina: quan s'engega el motor, l'aire entra al compressor per l'entrada, es pressuritza i entra a la cambra de combustió, es barreja amb el combustible emès pel broquet d'injecció de combustible, forma una mescla uniforme i s'encén i es crema ràpidament al cambra de combustió, produeix gas d'alta temperatura que flueix a través de la guia cap a la turbina, i la turbina gira a gran velocitat (la velocitat normal pot arribar a 1100 r/min) sota el flux de gas d'alta temperatura i alta pressió. El gas de la turbina s'expulsa del broquet de la cua per generar empenta. A causa de la vibració, l'erosió del flux d'aire, especialment l'efecte centrífug causat per la rotació, les parts d'alta temperatura del motor de l'avió estaran sotmeses a un estrès més gran, el gas conté molt d'oxigen, vapor d'aigua i hi ha gasos corrosius com SO2, H2S , que tindrà un paper en l'oxidació i la corrosió de peces d'alta temperatura. Tant si es tracta d'un avió militar com d'un avió civil, a més del rendiment estructural i funcional, però també requereix seguretat i estabilitat, de manera que els motors moderns, a més d'una alta relació empenta-pes, alta temperatura, alta pressió i altres rendiments, hi ha són estrictes requisits de fiabilitat, durabilitat i manteniment.
El superaliatge té una alta estabilitat tèrmica i resistència tèrmica, i pot tenir una bona resistència a la corrosió i resistència a l'oxidació a altes temperatures. És un material clau essencial per a la fabricació de components d'extrem calent de motors de turbina d'aviació, utilitzat principalment en la fabricació de components d'extrem calent de turbina, és a dir, disc de turbina, fulla de guia de turbina, fulla de treball de turbina, cambra de combustió i components de postcombustió. En els motors d'avions avançats moderns, la quantitat de materials de superaliatge representa el 40%-60% del motor total.
La cambra de combustió és l'àrea de temperatura de treball més alta dels components del motor, i quan la temperatura del gas a la cambra de combustió arriba a 1500-2000 graus C, la temperatura de l'aliatge de la paret de la cambra pot arribar als 800 ~ 900 graus C, i la temperatura local la temperatura pot arribar als 1100 graus C. L'aliatge utilitzat com a cambra de combustió està sotmès a estrès tèrmic i força d'impacte de gas, especialment durant l'enlairament, l'acceleració i l'estacionament, i els canvis de temperatura són més dràstics. A causa de l'escalfament i el refredament cíclic, la cambra de combustió sovint apareix deformació, deformació i esquerdes per fatiga tèrmica a la vora.
En els darrers anys, la majoria dels superaliatges utilitzats a la cambra de combustió són aliatges reforçats amb solució sòlida, que contenen un gran nombre d'elements reforçats amb solució sòlida, W, Mo, Nb, resistència a alta temperatura, bon rendiment de conformació i soldadura. Les marques representatives són GH1140, GH3030, GH3039, GH3333, GH3018, GH3022, GH3044, GH3128, GH3170, etc.
La fulla guia és un component que ajusta la direcció del flux de gas des de la cambra de combustió, també coneguda com a guia. És una de les parts del motor de turbina que està sotmesa a un gran impacte tèrmic. Especialment quan la cambra de combustió no és uniforme i el funcionament no és bo, la fulla guia està sotmesa a una major càrrega de calor i la temperatura de funcionament de la fulla guia del motor de turbina avançat pot arribar als 1100 graus. La distorsió causada per l'estrès tèrmic, les esquerdes per fatiga tèrmica causades per canvis dràstics de temperatura i les cremades locals són els principals defectes de les fulles de guia en funcionament.
La majoria dels aliatges utilitzats com a fulles de guia es produeixen mitjançant un procés de fosa de precisió, i es poden afegir més W, Mo, Nb, Al, Ti i altres elements de reforç i envelliment de solucions sòlides als aliatges i el contingut de C i B en els aliatges també són superiors al dels aliatges deformats a alta temperatura. Algunes fulles de guia també es solden directament a partir de làmines reforçades per l'edat. Els motors aerodinàmics avançats utilitzen principalment fulles de fosa buides, que tenen un bon efecte de refrigeració i poden augmentar la temperatura de servei. L'ús de la temperatura d'aliatge de paleta guia domèstica pot arribar a 000 ~ 1050 graus, aliatge de fosa de precisió K214 representatiu, K233, K406, K417, K403, K409, K408, K423B, etc.
Amb el desenvolupament del motor, per tal de fer front a l'augment de la temperatura del disc de la turbina del motor, l'estructura de la fulla de guia també ha canviat i s'intenta adoptar GH5605 i GH5188. L'estructura laminada soldada de la làmina de superaliatge deformada s'utilitza com a fulla guia.
Les pales de la turbina són els components més greus dels motors aeris amb alta temperatura de treball i gran tensió centrífuga, estrès de vibració, estrès tèrmic i força d'erosió del flux d'aire durant la rotació. La tensió de tracció del cos de la fulla és d'uns 140 MPa i la tensió mitjana de l'arrel de la fulla és de 280-560MPa. La temperatura del cos de la fulla i de la part de l'arrel és d'aproximadament 650-980 graus i 760 graus respectivament. La temperatura d'entrada de gas del motor aerodinàmic avançat ha arribat als 1380 graus i l'empenta ha arribat als 226 kN. Típic de GH4033, GH4037 GH4143, GH4049, GH4151, GH4118, GH4220, etc., es pot utilitzar en 750-950 grau . En el desenvolupament de noves màquines i la modificació de màquines antigues, s'utilitza superaliatge de fosa per a la fabricació de pales de turbina. Els graus típics d'aliatges de fosa són K403, K417, K417G, K418, K403, K405, K4002, etc.
El disc de la turbina representa la massa més gran dels components del motor aerodinàmic, amb una massa única de més de 50 kg, i la massa única del disc gran de la turbina arriba a centenars de quilograms. A l'estudi del disc de la turbina, la temperatura general de la llanda pot arribar a 550-650 graus C, mentre que la temperatura del centre de la roda és només d'uns 300 graus C, i la diferència de temperatura de tot el disc de la turbina és molt gran. Per tant, es genera una gran tensió tèrmica radial. Les pales de la turbina giren a gran velocitat durant la rotació normal i suporten una gran força centrífuga. La tensió a la part de la dent de la espiga és més complexa, incloent-hi l'esforç de tracció i l'estrès de torsió, que formen una gran tensió i una baixa fatiga del cicle durant l'arrencada i la parada.
Superaliatges deformats per a discos de turbina, un tipus és superaliatges basats en ferro-níquel, els graus d'aliatge típics són GH2132, GH2135, GH2901, GH4761, etc., la temperatura de funcionament és inferior a 650 graus; Un altre tipus de superaliatge a base de níquel, la marca típica GH4196, GH4133, GH4133B, GH4033A, GH4698, etc., amb temperatura pot arribar als 700 ^ 800 graus.
2.Aplicació de superaliatge en motor de coet
El coet portador és un vehicle per enviar una varietat de naus espacials a l'òrbita espacial, el superaliatge en el camp espacial s'utilitza principalment en el motor del coet portador d'empenta. La figura 2 és un diagrama esquemàtic del motor del coet de combustible líquid i la seva estructura, que transforma els reactius (propulsants) del dipòsit o vehicle de propulsor en dolls d'alta velocitat per generar empenta. Com es pot veure a la figura (b), el flux d'aire al broquet del motor del coet arriba als 2500 m/s i la temperatura és de fins a 1350 graus.
Els superaliatges de motors de coets es poden utilitzar en principi amb aliatges de motors de turbina d'aviació, però en comparació amb els motors d'aviació, els materials dels motors de coets tenen algunes característiques noves:
Els superaliatges deformats a base de níquel afegeixen normalment un 10%-25% d'elements de Cr per garantir que l'aliatge tingui una bona resistència a la corrosió oxidativa, de manera que l'aliatge a base de níquel és en realitat Ni-Cr com a matriu. A més, alguns aliatges afegeixen els elements Co (15%-20%), Mo (al voltant del 15%) o W (al voltant de l'11%) en una solució sòlida de Ni-Cr per formar un superaliatge deformat de sistema ternari amb Ni-Cr. -Co, Ni-Cr-Mo, Ni-Cr-W com a matriu, respectivament. La taula 6 mostra les marques, les composicions químiques i les temperatures de funcionament dels superaliatges deformats a base de níquel que s'utilitzen habitualment a la Xina. La figura 6 mostra la tendència de desenvolupament de l'aplicació de superaliatges en àleps i plats de turbina.
El superaliatge de deformació a base de cobalt es basa essencialment en el sistema ternari Co-Ni-Cr i conté W, Mo, Nb, Ta i altres elements de reforç de la solució sòlida i elements de formació de carbur. En comparació amb els superaliatges deformats a base de níquel, la taxa d'enduriment del treball és més gran i la qualitat superficial de les peces després de la formació és millor, però en el procés de conformació, generalment es requereixen més temps d'escalfament de treball en calent o temps de recuit intermedi de deformació en fred, i el També es requereix un tonatge de l'equip de conformació de processament. Els superaliatges deformats a base de cobalt tenen una gran resistència i una excel·lent resistència a la fatiga tèrmica, la corrosió tèrmica i la resistència al desgast quan són superiors a 980 graus. Tanmateix, els superaliatges deformats a base de cobalt tenen el carbur com a fase d'enfortiment principal i no tenen una fase d'enfortiment homogènia, i la seva resistència duradora és inferior a la dels superaliatges deformats a base de níquel en intervals de temperatura baixa i mitjana. La taula 9 enumera les propietats mecàniques d'alta temperatura dels típics superaliatges deformats a base de cobalt.