一.Superseoksen käyttö lentokoneen moottoreissa
Turbiinimoottorin työkulku: Kun moottori käynnistetään, ilma tulee kompressoriin imuaukosta, paineistetaan ja tulee polttokammioon, sekoittuu polttoaineen ruiskutussuuttimen päästämään polttoaineeseen, muodostaa tasaisen seoksen ja syttyy nopeasti ja palaa polttokammio, tuottaa korkean lämpötilan kaasua, joka virtaa ohjaimen kautta turbiiniin, ja turbiini pyörii suurella nopeudella (normaali nopeus voi olla 1100r/min) korkean lämpötilan ja korkeapaineisen kaasuvirran alaisena. Turbiinista tuleva kaasu poistetaan peräsuuttimesta työntövoiman muodostamiseksi. Tärinän, ilmavirran eroosion, erityisesti pyörimisen aiheuttaman keskipakovaikutuksen vuoksi lentokoneen moottorin korkean lämpötilan osat altistuvat suuremmalle rasitukselle, kaasu sisältää paljon happea, vesihöyryä ja syövyttäviä kaasuja, kuten SO2,H2S , jolla on rooli korkean lämpötilan osien hapettumisessa ja korroosiossa. Olipa kyseessä sotilaslentokone, siviililentokone, rakenteellisen ja toiminnallisen suorituskyvyn lisäksi, mutta vaativat myös turvallisuutta ja vakautta, joten modernit moottorit korkean työntövoima-painosuhteen, korkean lämpötilan, korkean painesuhteen ja muun suorituskyvyn lisäksi ovat tiukat luotettavuus-, kestävyys- ja huollettavuusvaatimukset.
Superseoksella on korkea lämpöstabiilius ja lämpölujuus, ja sillä voi olla hyvä korroosionkestävyys ja hapettumisenkestävyys korkeissa lämpötiloissa. Se on olennainen avainmateriaali lentokoneiden turbiinimoottorien kuumapään komponenttien valmistuksessa, ja sitä käytetään pääasiassa turbiinien kuumapään komponenttien valmistuksessa, nimittäin turbiinilevyn, turbiinin ohjaussiiven, turbiinin työsiiven, polttokammion ja jälkipolttimen komponenttien valmistuksessa. Nykyaikaisissa kehittyneissä lentokonemoottoreissa superseosmateriaalien osuus on 40 %-60 % moottorin kokonaismäärästä.
Polttokammio on moottorin osien korkein työlämpötila-alue, ja kun kaasun lämpötila polttokammiossa saavuttaa 1500-2000 astetta C, kammion seinämän metalliseoksen lämpötila voi nousta 800 ~ 900 asteeseen, ja paikallinen lämpötila voi nousta 1100 asteeseen. Polttokammiona käytetty metalliseos altistuu lämpörasitukselle ja kaasun iskuvoimalle erityisesti lentoonlähdön, kiihdytyksen ja pysäköinnin aikana, ja lämpötilan muutokset ovat rajumpia. Syklisen lämmityksen ja jäähdytyksen vuoksi polttokammion reunassa näkyy usein muodonmuutoksia, vääntymiä ja lämpöväsymishalkeamia.
Viime vuosina suurin osa polttokammiossa käytetyistä superseoksista on kiinteitä liuosvahvistettuja metalliseoksia, jotka sisältävät suuren määrän W, Mo, Nb ja muita kiinteällä liuosvahvisteisia elementtejä, korkean lämpötilan lujuutta, hyvää muovaus- ja hitsauskykyä. Edustavat tuotemerkit ovat GH1140, GH3030, GH3039, GH3333, GH3018, GH3022, GH3044, GH3128, GH3170 ja niin edelleen.
Ohjainterä on komponentti, joka säätää kaasun virtauksen suuntaa polttokammiosta, joka tunnetaan myös ohjaimena. Se on yksi turbiinimoottorin osista, joihin kohdistuu suuri lämpövaikutus. Varsinkin kun palotila ei ole tasainen ja toiminta ei ole hyvä, ohjausterä altistuu suuremmalle lämpökuormitukselle ja kehittyneen turbiinimoottorin ohjaussiiven käyttölämpötila voi nousta 1100 asteeseen. Lämpöjännityksen aiheuttamat vääristymät, voimakkaiden lämpötilamuutosten aiheuttamat lämpöväsymyshalkeamat ja paikalliset palovammat ovat pääasiallisia ohjainterien toimintahäiriöitä.
Suurin osa ohjausterinä käytettävistä seoksista valmistetaan tarkkuusvaluprosessilla, ja seoksiin voidaan lisätä enemmän W, Mo,Nb,Al,Ti ja muita kiinteitä liuoksia vahvistavia ja vanhenevia lujittavia elementtejä sekä C- ja B-pitoisuudet. lejeeringit ovat myös korkeampia kuin epämuodostuneet korkean lämpötilan metalliseokset. Jotkut ohjausterät hitsataan myös suoraan vanhentuneista levyistä. Kehittyneissä aeromoottoreissa käytetään useimmiten onttoja valettuja teriä, joilla on hyvä jäähdytysteho ja jotka voivat nostaa käyttölämpötilaa. Kotitalouksien ohjaussiipien seoksen lämpötila voi nousta 000 ~ 1050 asteeseen, edustava K214-tarkkuusvaluseos, K233, K406, K417, K403, K409, K408, K423B jne.
Moottorin kehityksen myötä, jotta voidaan vastata moottorin turbiinilevyn lämpötilan edelleen nousuun, myös ohjaussiiven rakenne on muuttunut ja GH5605 ja GH5188 yritetään ottaa käyttöön. Ohjausteränä käytetään muotoaan muunnetun superseoslevyn hitsattua laminoitua rakennetta.
Turbiinien lavat ovat vakavimpia komponentteja lentokoneissa, joissa on korkea työlämpötila ja suuri keskipakojännitys, tärinäjännitys, lämpöjännitys ja ilmavirran eroosiovoima pyörimisen aikana. Terän rungon vetojännitys on noin 140 MPa ja terän juuren keskimääräinen jännitys on 280-560 MPa. Terän rungon lämpötila on noin 650-980 astetta ja juuriosan 760 astetta. Kehittyneen lentokonemoottorin kaasun sisääntulolämpötila on saavuttanut 1380 astetta ja työntövoima on saavuttanut 226 kN. Tyypillisiä malleille GH4033, GH4037 GH4143, GH4049, GH4151, GH4118, GH4220 jne. voidaan käyttää 750-950 asteessa . Uusien koneiden kehittämisessä ja vanhojen koneiden modifioinnissa käytetään valusuperseosta turbiinien siipien valmistukseen. Tyypillisiä valuseosten laatuja ovat K403, K417, K417G, K418, K403, K405, K4002 ja niin edelleen.
Turbiinilevyllä on suurin massa lentokoneen moottorikomponenteista, yksittäisen massan ollessa yli 50 kg, ja suuren turbiinilevyn yksittäisen massa saavuttaa satoja kiloja. Turbiinilevystudiossa yleinen vanteen lämpötila voi olla 550-650 C astetta, kun taas pyörän keskilämpötila on vain noin 300 astetta ja koko turbiinilevyn lämpötilaero on erittäin suuri. Tästä syystä syntyy suuri radiaalinen lämpöjännitys. Turbiinin siivet pyörivät suurella nopeudella normaalin pyörimisen aikana ja kantavat suurta keskipakovoimaa. Tappihammasosan jännitys on monimutkaisempaa, mukaan lukien vetojännitys ja vääntöjännitys, jotka muodostavat suuren jännityksen ja alhaisen syklin väsymisen käynnistyksen ja pysäytyksen aikana.
Epämuodostuneet superseokset turbiinilevyille, yksi tyyppi on rauta-nikkelipohjaiset superseokset, tyypilliset seoslaadut ovat GH2132, GH2135, GH2901, GH4761 jne., käyttölämpötila on alle 650 astetta; Toinen nikkelipohjainen superseos, tyypillinen tuotemerkki GH4196, GH4133, GH4133B, GH4033A, GH4698 jne., käyttämällä lämpötilaa voi nousta 700 ^ 800 asteeseen.
2. Superseoksen käyttö rakettimoottorissa
Carrier raketti on ajoneuvo lähettää erilaisia avaruusaluksia avaruusradalle, superseos avaruudessa alalla käytetään pääasiassa työntövoiman harjoittaja rakettimoottori. Kuva 2 on kaaviomainen kaavio nestemäistä polttoainetta käyttävästä rakettimoottorista ja sen rakenteesta, joka muuttaa polttoainesäiliössä tai ajoneuvossa olevat lähtöaineet (ponneaineet) suurinopeuksisiksi suihkuiksi työntövoiman tuottamiseksi. Kuten kuvasta (b) voidaan nähdä, ilmavirtaus rakettimoottorin suuttimessa saavuttaa nopeuden 2500m/s ja lämpötila on jopa 1350 astetta.
Rakettimoottorien superseoksia voidaan periaatteessa käyttää lentokoneen turbiinimoottoriseosten kanssa, mutta lentokoneisiin verrattuna rakettimoottorien materiaaleilla on joitain uusia ominaisuuksia:
Nikkelipohjaiset deformoidut superseokset lisäävät yleensä 10 %-25 % Cr-elementtiä varmistaakseen, että lejeeringillä on hyvä hapettumisenestokyky, joten nikkelipohjainen seos on itse asiassa Ni-Cr matriisina. Lisäksi jotkin seokset lisäävät alkuaineita Co(15 %-20 %), Mo (noin 15 %) tai W (noin 11 %) kiinteään Ni-Cr-liuokseen muodostaen kolmiosaisen systeemin deformoituneen superseoksen Ni-Cr:n kanssa. -Co,Ni-Cr-Mo,Ni-Cr-W matriisina, vastaavasti. Taulukossa 6 on esitetty Kiinassa yleisesti käytettyjen nikkelipohjaisten deformoitujen superseosten merkit, kemialliset koostumukset ja käyttölämpötilat. Kuvassa 6 on esitetty superseossovelluksen kehitystrendi turbiinien siipillä ja lautasilla.
Kobolttipohjainen muodonmuutossuperseos perustuu pääosin Co-Ni-Cr-teräsjärjestelmään ja sisältää W,Mo,Nb,Ta ja muita kiinteitä liuoksia vahvistavia elementtejä ja kovametallia muodostavia elementtejä. Verrattuna nikkelipohjaisiin muotoutuneisiin superseoksiin työkarkaisuaste on suurempi ja osien pinnan laatu muotoilun jälkeen on parempi, mutta muovausprosessissa vaaditaan yleensä enemmän kuumatyöstökuumennusaikoja tai kylmämuodonmuutoksen välihehkutusaikoja, ja Myös käsittelymuodostuslaitteiden tonnimäärä vaaditaan. Kobolttipohjaisilla deformoituneilla superseoksilla on korkea lujuus ja erinomainen lämpöväsymiskestävyys, lämpökorroosionkestävyys ja kulutuskestävyys, kun ne ovat yli 980 astetta. Kobolttipohjaisten muotoaan muotoiltujen superseosten päävahvistusvaiheena on kuitenkin karbidi, ja niistä puuttuu homogeeninen lujitusvaihe, ja niiden kestävä lujuus on alhaisempi kuin nikkelipohjaisten deformoitujen superseosten matalilla ja keskilämpötila-alueilla. Taulukossa 9 on lueteltu tyypillisten kobolttipohjaisten deformoitujen superseosten korkean lämpötilan mekaaniset ominaisuudet.