Aukštos temperatūros lydinys taip pat vadinamas karščio stiprumo lydiniu. Pagal matricos struktūrą medžiagas galima suskirstyti į tris kategorijas: geležies pagrindu pagamintas nikelis ir chromas. Pagal gamybos režimą jis gali būti suskirstytas į deformuotą superlydinį ir lietinį superlydinį.
Tai nepakeičiama žaliava aviacijos ir kosmoso srityje. Tai pagrindinė medžiaga aukštoje temperatūroje naudojamoje aviacijos ir aviacijos gamybos variklių dalyje. Jis daugiausia naudojamas degimo kameros, turbinos mentės, kreipiamosios mentės, kompresoriaus ir turbinos disko, turbinos korpuso ir kitų dalių gamybai. Eksploatacinės temperatūros diapazonas yra 600 ℃ - 1200 ℃. Įtempiai ir aplinkos sąlygos skiriasi priklausomai nuo naudojamų dalių. Mechaninėms, fizinėms ir cheminėms lydinio savybėms keliami griežti reikalavimai. Tai lemiamas veiksnys variklio veikimui, patikimumui ir tarnavimo laikui. Todėl superlydinys yra vienas iš pagrindinių tyrimų projektų aviacijos ir nacionalinės gynybos srityse išsivysčiusiose šalyse.
Pagrindinės superlydinių taikymo sritys yra šios:
1. Aukštos temperatūros lydinys degimo kamerai
Aviacijos turbininio variklio degimo kamera (taip pat žinoma kaip liepsnos vamzdis) yra vienas iš pagrindinių aukštos temperatūros komponentų. Kadangi kuro purškimas, alyvos ir dujų maišymas ir kiti procesai vyksta degimo kameroje, maksimali temperatūra degimo kameroje gali siekti 1500 ℃ - 2000 ℃, o sienelės temperatūra degimo kameroje gali siekti 1100 ℃. Tuo pačiu metu jis taip pat patiria šiluminį ir dujų įtempį. Dauguma variklių su dideliu traukos ir svorio santykiu naudoja žiedines degimo kameras, kurios yra trumpo ilgio ir didelės šiluminės galios. Maksimali temperatūra degimo kameroje siekia 2000 ℃, o sienelės temperatūra siekia 1150 ℃ po dujinės plėvelės arba aušinimo garais. Dideli temperatūrų gradientai tarp įvairių dalių sukurs šiluminę įtampą, kuri, pasikeitus darbo būklei, smarkiai pakils ir sumažės. Medžiaga bus veikiama terminio šoko ir terminio nuovargio apkrovų, atsiras iškraipymų, įtrūkimų ir kitų gedimų. Paprastai degimo kamera yra pagaminta iš lakštinio lydinio, o techniniai reikalavimai apibendrinami taip, atsižvelgiant į konkrečių dalių eksploatavimo sąlygas: ji turi tam tikrą atsparumą oksidacijai ir atsparumą dujų korozijai, naudojant aukštos temperatūros lydinį ir dujas; Jis turi tam tikrą momentinį ir ištvermės stiprumą, šiluminį nuovargį ir mažą plėtimosi koeficientą; Jis turi pakankamai plastiškumo ir suvirinimo galimybių, kad būtų užtikrintas apdorojimas, formavimas ir sujungimas; Jis turi gerą organizacinį stabilumą terminio ciklo metu, kad būtų užtikrintas patikimas veikimas per visą tarnavimo laiką.
a. MA956 lydinio porėtas laminatas
Ankstyvajame etape akytas laminatas buvo pagamintas iš HS-188 lydinio lakšto difuzijos būdu po to, kai buvo nufotografuotas, išgraviruotas, išraižytas ir perforuotas. Vidinis sluoksnis gali būti paverstas idealiu aušinimo kanalu pagal projektavimo reikalavimus. Šiam struktūros aušinimui reikia tik 30% tradicinio plėvelės aušinimo aušinimo dujų, kurios gali pagerinti variklio šiluminio ciklo efektyvumą, sumažinti faktinę degimo kameros medžiagos šilumos laikomąją galią, sumažinti svorį ir padidinti traukos svorį. santykis. Šiuo metu vis dar reikia išnaudoti pagrindinę technologiją, kad ją būtų galima naudoti praktiškai. Porėtas laminatas, pagamintas iš MA956, yra naujos kartos degimo kameros medžiaga, kurią pristatė JAV ir kurią galima naudoti esant 1300 ℃.
b. Keraminių kompozitų panaudojimas degimo kameroje
Jungtinės Valstijos nuo 1971 m. pradėjo tikrinti, ar galima naudoti keramiką dujų turbinoms. 1983 m. kai kurios grupės, užsiimančios pažangių medžiagų kūrimu Jungtinėse Valstijose, suformulavo pažangiuose orlaiviuose naudojamų dujų turbinų veikimo rodiklių seriją. Šie indikatoriai yra: padidinkite turbinos įleidimo temperatūrą iki 2200 ℃; Veikti esant cheminių skaičiavimų degimo būsenai; Sumažinkite šių dalių tankį nuo 8 g/cm3 iki 5 g/cm3; Atšaukti komponentų aušinimą. Siekiant atitikti šiuos reikalavimus, be vienfazės keramikos tiriamos medžiagos yra grafitas, metalo matrica, keraminės matricos kompozitai ir intermetaliniai junginiai. Keraminės matricos kompozitai (CMC) turi šiuos privalumus:
Keraminės medžiagos plėtimosi koeficientas yra daug mažesnis nei lydinio nikelio pagrindu, o dangą lengva nulupti. Keraminių kompozitų gamyba su tarpiniu metaliniu veltiniu gali įveikti pleiskanojimą, kuris yra degimo kameros medžiagų vystymosi kryptis. Ši medžiaga gali būti naudojama su 10% - 20% aušinimo oro, o metalinės nugaros izoliacijos temperatūra yra tik apie 800 ℃, o šilumos nešimo temperatūra yra daug žemesnė nei skirtingo aušinimo ir plėvelės aušinimo. Lieto superlydinio B1900+keraminės dangos apsauginė plytelė naudojama V2500 variklyje, o plėtros kryptis – pakeisti B1900 (su keramine danga) plytelę SiC pagrindu pagaminta kompozitu arba antioksidaciniu C/C kompozitu. Keraminės matricos kompozitas yra variklio degimo kameros kūrimo medžiaga, kurios traukos svorio santykis yra 15-20, o jo eksploatavimo temperatūra yra 1538 ℃ - 1650 ℃. Jis naudojamas liepsnos vamzdžiui, plūduriuojančiai sienai ir papildomam degikliui.
2. Aukštos temperatūros lydinys turbinai
Aviacinio variklio turbinos mentė yra vienas iš komponentų, kurie patiria didžiausią temperatūros apkrovą ir blogiausią darbo aplinką aviaciniame variklyje. Jis turi atlaikyti labai didelį ir sudėtingą įtempį esant aukštai temperatūrai, todėl jo medžiagų reikalavimai yra labai griežti. Aviacinių variklių turbinų menčių superlydiniai skirstomi į:
a. Aukštos temperatūros lydinys vadovui
Deflektorius yra viena iš turbininio variklio dalių, kurias labiausiai veikia šiluma. Kai degimo kameroje vyksta netolygus degimas, pirmosios pakopos kreipiamosios mentės šildymo apkrova yra didelė, o tai yra pagrindinė kreipiančiosios mentės pažeidimo priežastis. Jo eksploatavimo temperatūra yra apie 100 ℃ aukštesnė nei turbinos mentės. Skirtumas tas, kad statinėms dalims netaikoma mechaninė apkrova. Paprastai dėl greito temperatūros kaitos nesunku sukelti šiluminį įtampą, iškraipymą, terminį nuovargio įtrūkimą ir vietinį nudegimą. Kreipiančiojo mentelės lydinys turi turėti šias savybes: pakankamas atsparumas aukštai temperatūrai, nuolatinis valkšnumas ir geras terminis nuovargis, didelis atsparumas oksidacijai ir šiluminė korozija, atsparumas šiluminiam įtempiui ir vibracijai, gebėjimas deformuotis lenkiant, geras liejimo proceso liejimo efektyvumas ir suvirinamumas, ir dangos apsaugos efektyvumą.
Šiuo metu pažangiausiuose varikliuose su dideliu traukos ir svorio santykiu naudojami tuščiaviduriai liejiniai, pasirenkami kryptiniai ir vieno kristalo nikelio pagrindu pagaminti superlydiniai. Variklis su dideliu traukos ir svorio santykiu turi aukštą 1650 ℃ – 1930 ℃ temperatūrą ir turi būti apsaugotas termoizoliacine danga. Peilių lydinio eksploatacinė temperatūra aušinimo ir dangos apsaugos sąlygomis yra didesnė nei 1100 ℃, o tai kelia naujus ir aukštesnius reikalavimus kreipiamojo peilio medžiagos temperatūros tankio sąnaudoms ateityje.
b. Superlydiniai turbinų mentėms
Turbinų mentės yra pagrindinės šilumą laikančios besisukančios aviacinių variklių dalys. Jų darbinė temperatūra yra 50 ℃ - 100 ℃ žemesnė nei kreipiamųjų peilių. Sukdami jie patiria didelį išcentrinį įtempį, vibraciją, šiluminį įtempį, oro srauto šveitimą ir kitus poveikius, o darbo sąlygos yra prastos. Variklio karšto galo komponentų su dideliu traukos ir svorio santykiu tarnavimo laikas yra daugiau nei 2000 val. Todėl turbinos mentės lydinys turi turėti didelį atsparumą valkšnumui ir atsparumą plyšimui esant eksploatavimo temperatūrai, geras aukštos ir vidutinės temperatūros visapusiškas savybes, tokias kaip didelio ir žemo ciklo nuovargis, šaltas ir karštas nuovargis, pakankamas plastiškumas ir atsparumas smūgiams bei įpjovos jautrumas; Aukštas atsparumas oksidacijai ir atsparumas korozijai; Geras šilumos laidumas ir mažas tiesinio plėtimosi koeficientas; Geras liejimo proceso našumas; Ilgalaikis konstrukcijos stabilumas, be TCP fazės kritulių esant eksploatavimo temperatūrai. Taikomas lydinys pereina keturis etapus; Deformuotų lydinių pritaikymas apima GH4033, GH4143, GH4118 ir kt.; Liejinio lydinio pritaikymas apima K403, K417, K418, K405, kryptingai sukietėjusį auksą DZ4, DZ22, monokristalinį lydinį DD3, DD8, PW1484 ir kt. Šiuo metu jis išvystytas iki trečios monokristalinių lydinių kartos. Kinijos vieno kristalo lydinys DD3 ir DD8 atitinkamai naudojami Kinijos turbinose, turboventiliatoriaus varikliuose, sraigtasparniuose ir laivų varikliuose.
3. Aukštos temperatūros lydinys turbinos diskui
Turbinos diskas yra labiausiai įtempta besisukanti turbinos variklio dalis. Variklio, kurio traukos svorio santykis yra 8 ir 10, rato flanšo darbinė temperatūra siekia 650 ℃ ir 750 ℃, o rato centro temperatūra yra apie 300 ℃, esant dideliam temperatūrų skirtumui. Įprasto sukimosi metu jis verčia ašmenis suktis dideliu greičiu ir išlaiko didžiausią išcentrinę jėgą, šiluminį įtempį ir vibracijos įtampą. Kiekvienas startas ir sustojimas yra ciklas, rato centras. Gerklė, griovelio dugnas ir ratlankis patiria skirtingus sudėtinius įtempius. Lydinys turi turėti didžiausią takumo ribą, atsparumą smūgiams ir nejautrumą įpjovoms esant eksploatavimo temperatūrai; Mažas tiesinio plėtimosi koeficientas; Tam tikras atsparumas oksidacijai ir korozijai; Geras pjovimo našumas.
4. Aviacijos ir kosmoso superlydinys
Skysčio raketinio variklio superlydinys naudojamas kaip degimo kameros kuro purkštuko skydas traukos kameroje; Turbinos siurblio alkūnė, flanšas, grafito vairo tvirtinimo detalė ir kt. Aukštos temperatūros lydinys skystame raketiniame variklyje naudojamas kaip kuro kameros purkštuko skydas traukos kameroje; Turbinos siurblio alkūnė, flanšas, grafito vairo tvirtinimo detalė ir kt. GH4169 naudojamas kaip turbinos rotoriaus, veleno, veleno įvorės, tvirtinimo detalės ir kitų svarbių guolių dalių medžiaga.
Amerikos skystųjų raketų variklio turbinos rotoriaus medžiagas daugiausia sudaro įsiurbimo vamzdis, turbinos mentė ir diskas. GH1131 lydinys dažniausiai naudojamas Kinijoje, o turbinos mentė priklauso nuo darbinės temperatūros. Inconel x, Alloy713c, Astroloy ir Mar-M246 turėtų būti naudojami iš eilės; Ratų diskų medžiagos yra Inconel 718, Waspaloy ir kt. Dažniausiai naudojamos integruotos turbinos GH4169 ir GH4141, o variklio velenui – GH2038A.