Жогорку температурадагы эритме жылуулукка чыдамдуу эритме деп да аталат. Матрицалык түзүлүшүнө ылайык, материалдарды үч категорияга бөлүүгө болот: темир негизиндеги никель негизиндеги жана хром негизиндеги. Өндүрүш ыкмасына ылайык, аны деформацияланган суперэритме жана куюлган суперэритме деп бөлүүгө болот.
Ал аэрокосмос тармагында алмаштыргыс чийки зат. Ал аэрокосмостук жана авиациялык өндүрүш кыймылдаткычтарынын жогорку температуралуу бөлүгү үчүн негизги материал болуп саналат. Ал негизинен күйүү камерасын, турбина бычагын, жетектөөчү бычакты, компрессорду жана турбинанын дискин, турбина корпусун жана башка тетиктерди жасоодо колдонулат. Кызмат көрсөтүү температурасынын диапазону 600 ℃ - 1200 ℃. Колдонулган тетиктерге жараша чыңалуу жана айлана-чөйрөнүн шарттары өзгөрүп турат. Эритменин механикалык, физикалык жана химиялык касиеттерине катуу талаптар коюлат. Бул кыймылдаткычтын иштеши, ишенимдүүлүгү жана иштөө мөөнөтү үчүн чечүүчү фактор болуп саналат. Ошондуктан, суперэритме өнүккөн өлкөлөрдө аэрокосмостук жана улуттук коргонуу тармактарындагы негизги изилдөө долбоорлорунун бири болуп саналат.
Суперкуймалардын негизги колдонулуштары:
1. Күйүү камерасы үчүн жогорку температурадагы эритме
Авиациялык турбиналык кыймылдаткычтын күйүү камерасы (ошондой эле жалын түтүгү деп аталат) жогорку температуранын негизги компоненттеринин бири болуп саналат. Күйүүчү майдын атомдоштурулушу, мунай менен газды аралаштыруу жана башка процесстер күйүү камерасында жүргүзүлгөндүктөн, күйүү камерасындагы максималдуу температура 1500 ℃ - 2000 ℃ чейин жетиши мүмкүн, ал эми күйүү камерасындагы дубалдын температурасы 1100 ℃ чейин жетиши мүмкүн. Ошол эле учурда, ал жылуулук чыңалуусуна жана газ чыңалуусуна да туруштук берет. Көпчүлүк түртүү/салмак катышы жогору кыймылдаткычтар кыска узундуктагы жана жогорку жылуулук сыйымдуулугуна ээ болгон шакекче сымал күйүү камераларын колдонушат. Күйүү камерасындагы максималдуу температура 2000 ℃ чейин жетет, ал эми газ пленкасын же буу менен муздагандан кийин дубалдын температурасы 1150 ℃ чейин жетет. Ар кандай бөлүктөрүнүн ортосундагы чоң температура градиенттери жылуулук чыңалуусун пайда кылат, ал жумушчу абал өзгөргөндө кескин көтөрүлүп жана төмөндөйт. Материал жылуулук шокторуна жана жылуулук чарчоо жүктөмүнө дуушар болот, ошондой эле деформациялар, жаракалар жана башка кемчиликтер пайда болот. Жалпысынан алганда, күйүү камерасы барак эритмесинен жасалат жана техникалык талаптар белгилүү бир тетиктердин иштөө шарттарына ылайык төмөнкүдөй кыскача баяндалат: жогорку температурадагы эритмени жана газды колдонуу шарттарында ал белгилүү бир кычкылданууга жана газ коррозиясына туруктуулукка ээ; Ал белгилүү бир заматта жана чыдамкайлыкка ээ, жылуулук чарчоо көрсөткүчүнө жана төмөнкү кеңейүү коэффициентине ээ; Ал иштетүүнү, калыптоону жана туташтырууну камсыз кылуу үчүн жетиштүү пластикалуулукка жана ширетүү жөндөмүнө ээ; Ал кызмат мөөнөтүнүн ичинде ишенимдүү иштөөнү камсыз кылуу үчүн жылуулук циклинин астында жакшы уюштуруучулук туруктуулукка ээ.
а. MA956 эритмесинен жасалган тешиктүү ламинат
Алгачкы этапта, тешиктүү ламинат HS-188 эритмесинин барактарынан сүрөткө тартып, оюп, оюп жана тешип, диффузиялык байланыш аркылуу жасалган. Ички катмарды долбоордун талаптарына ылайык идеалдуу муздатуу каналына айландырса болот. Бул структураны муздатуу үчүн салттуу пленка муздатуунун муздатуучу газынын 30% гана керек, бул кыймылдаткычтын жылуулук циклинин натыйжалуулугун жогорулатып, күйүү камерасынын материалынын чыныгы жылуулук көтөрүү жөндөмдүүлүгүн төмөндөтүп, салмагын азайтып, түртүү-салмак катышын жогорулатат. Учурда, аны практикалык колдонууга киргизүүдөн мурун, негизги технологияны дагы эле сынап көрүү керек. MA956дан жасалган тешиктүү ламинат - бул Америка Кошмо Штаттары тарабынан киргизилген жаңы муундагы күйүү камерасынын материалы, аны 1300 ℃ температурада колдонсо болот.
б. Күйүү камерасында керамикалык композиттерди колдонуу
Америка Кошмо Штаттары 1971-жылдан бери газ турбиналары үчүн керамиканы колдонуунун мүмкүнчүлүгүн текшере баштаган. 1983-жылы Америка Кошмо Штаттарында алдыңкы материалдарды иштеп чыгуу менен алектенген айрым топтор алдыңкы учактарда колдонулган газ турбиналары үчүн бир катар көрсөткүчтөрдү иштеп чыгышкан. Бул көрсөткүчтөр: турбинанын кирүүчү температурасын 2200 ℃ чейин жогорулатуу; Химиялык эсептөөнүн күйүү абалында иштөө; Бул бөлүктөргө колдонулган тыгыздыкты 8 г/см3ден 5 г/см3кө чейин азайтуу; Компоненттерди муздатууну токтотуу. Бул талаптарды канааттандыруу үчүн изилденген материалдарга бир фазалуу керамикадан тышкары графит, металл матрицасы, керамикалык матрицалык композиттер жана металл аралык кошулмалар кирет. Керамикалык матрицалык композиттер (КМА) төмөнкү артыкчылыктарга ээ:
Керамикалык материалдын кеңейүү коэффициенти никель негизиндеги эритмеге караганда бир топ кичине жана каптоосу оңой сыйрылып алынат. Орточо металл кийиз менен керамикалык композиттерди жасоо күйүү камерасынын материалдарынын өнүгүү багыты болгон кабырчыктардын пайда болуу кемчилигин жеңе алат. Бул материалды 10% - 20% муздатуучу аба менен колдонсо болот, ал эми металлдын арткы изоляциясынын температурасы болгону 800 ℃, ал эми жылуулук өткөрүүчү температурасы дивергенттик муздатууга жана пленка менен муздатууга караганда бир топ төмөн. V2500 кыймылдаткычында куюлган супер эритме B1900+керамикалык каптоо коргоочу плиткасы колдонулат жана өнүгүү багыты B1900 (керамикалык каптоо менен) плиткасын SiC негизиндеги композит же антиоксидант C/C композити менен алмаштыруу болуп саналат. Керамикалык матрицалык композит - бул 15-20 түртүү салмагынын катышы бар кыймылдаткычтын күйүү камерасынын өнүгүү материалы, ал эми анын иштөө температурасы 1538 ℃ - 1650 ℃. Ал жалын түтүгү, калкып жүрүүчү дубал жана күйгүч үчүн колдонулат.
2. Турбина үчүн жогорку температурадагы эритме
Аэродинамикалык кыймылдаткычтын турбиналык калагы - бул авиациялык кыймылдаткычтагы эң оор температуралык жүктөмдү жана эң начар жумуш чөйрөсүн көтөргөн компоненттердин бири. Ал жогорку температурада өтө чоң жана татаал жүктөмдү көтөрүшү керек, ошондуктан анын материалдык талаптары өтө катуу. Аэродинамикалык кыймылдаткычтын турбиналык калактары үчүн суперкуймалар төмөнкүлөргө бөлүнөт:
жол көрсөтүүчү үчүн а.Жогорку температурадагы эритме
Дефлектор - турбина кыймылдаткычынын ысыктан эң көп жабыркаган бөлүктөрүнүн бири. Күйүү камерасында бирдей эмес күйүү пайда болгондо, биринчи баскычтагы жетектөөчү калактын ысытуу жүгү чоң болот, бул жетектөөчү калактын бузулушунун негизги себеби болуп саналат. Анын иштөө температурасы турбинанын калагына караганда болжол менен 100 ℃ жогору. Айырмасы, статикалык бөлүктөр механикалык жүктөмгө дуушар болбойт. Адатта, температуранын тез өзгөрүшүнөн улам жылуулук чыңалуусун, бурмалоону, жылуулук чарчоо жаракасын жана жергиликтүү күйүктү пайда кылуу оңой. Жетектөөчү калактын эритмеси төмөнкү касиеттерге ээ болушу керек: жетиштүү жогорку температурага бышыктык, туруктуу жылышуу көрсөткүчү жана жакшы жылуулук чарчоо көрсөткүчү, жогорку кычкылданууга жана жылуулук коррозияга туруктуулук, жылуулук чыңалуусуна жана титирөөгө туруктуулук, ийилүү деформациясына жөндөмдүүлүк, куюу процессинде калыптоо жана ширетүү жөндөмдүүлүгү жана каптоону коргоо көрсөткүчү.
Учурда, жогорку түртүү/салмак катышы бар өнүккөн кыймылдаткычтардын көпчүлүгү көңдөй куюлган бычактарды колдонушат, ал эми багыттуу жана бир кристаллдуу никель негизиндеги суперкуймалар тандалып алынат. Жогорку түртүү-салмак катышы бар кыймылдаткычтын жогорку температурасы 1650 ℃ - 1930 ℃ жана жылуулук изоляциясы менен коргоону талап кылат. Муздатуу жана каптоодон коргоо шарттарында бычак эритмесинин иштөө температурасы 1100 ℃ден жогору, бул келечекте жетектөөчү бычак материалынын температура тыгыздыгынын баасына жаңы жана жогорку талаптарды коёт.
б. Турбина калактары үчүн суперкуймалар
Турбина калактары - авиациялык кыймылдаткычтардын негизги жылуулук берүүчү айлануучу бөлүктөрү. Алардын иштөө температурасы жетектөөчү калактарга караганда 50 ℃ - 100 ℃ төмөн. Алар айланганда борбордон чегинүүчү чыңалууну, титирөө чыңалуусун, жылуулук чыңалуусун, аба агымынын сүрүлүшүн жана башка таасирлерди көтөрөт жана иштөө шарттары начар. Жогорку түртүү/салмак катышы бар кыймылдаткычтын ысык учтуу компоненттеринин иштөө мөөнөтү 2000 сааттан ашык. Ошондуктан, турбина калагынын эритмеси иштөө температурасында жогорку союлууга жана үзүлүүгө туруктуулукка, жогорку жана төмөнкү циклдик чарчоо, муздак жана ысык чарчоо, жетиштүү пластикалуулук жана соккуга туруктуулук жана оюк сезгичтиги сыяктуу жакшы жогорку жана орто температурадагы комплекстүү касиеттерге ээ болушу керек; жогорку кычкылданууга туруктуулук жана коррозияга туруктуулук; жакшы жылуулук өткөрүмдүүлүгү жана сызыктуу кеңейүүнүн төмөн коэффициенти; жакшы куюу процессинин иштеши; узак мөөнөттүү структуралык туруктуулук, иштөө температурасында TCP фазасынын чөкпөсү. Колдонулган эритме төрт этаптан өтөт; Деформацияланган эритменин колдонулушуна GH4033, GH4143, GH4118 ж.б. кирет; Куюу эритмесинин колдонулушуна K403, K417, K418, K405, багытта катууланган алтын DZ4, DZ22, бир кристаллдуу эритме DD3, DD8, PW1484 ж.б. кирет. Учурда ал үчүнчү муундагы бир кристаллдуу эритмелерге чейин өнүктү. Кытайдын бир кристаллдуу DD3 жана DD8 эритмеси тиешелүү түрдө Кытайдын турбиналарында, турбовентилятор кыймылдаткычтарында, тик учактарда жана кеме кыймылдаткычтарында колдонулат.
3. Турбина диски үчүн жогорку температуралуу эритме
Турбина диски турбина кыймылдаткычынын эң көп чыңалган айлануучу подшипник бөлүгү болуп саналат. Түртүү салмагынын катышы 8 жана 10 болгон кыймылдаткычтын дөңгөлөк фланецинин иштөө температурасы 650 ℃ жана 750 ℃ жетет, ал эми дөңгөлөктүн борборунун температурасы болжол менен 300 ℃, температура айырмасы чоң. Кадимки айлануу учурунда ал бычакты жогорку ылдамдыкта айландырат жана максималдуу борбордон четтөөчү күчкө, жылуулук чыңалуусуна жана титирөө чыңалуусуна туруштук берет. Ар бир баштоо жана токтотуу цикл, дөңгөлөктүн борбору болуп саналат. Моюн, оюктун түбү жана чети ар кандай курама чыңалууларга туруштук берет. Эритме эң жогорку чыңалууга, соккуга туруктуулукка жана иштөө температурасында оюк сезгичтигине ээ болушу керек; Төмөн сызыктуу кеңейүү коэффициенти; Белгилүү бир кычкылданууга жана коррозияга туруктуулук; Жакшы кесүү көрсөткүчтөрү.
4. Аэрокосмостук суперкуйма
Суюк ракета кыймылдаткычындагы суперкуйма түртүү камерасындагы күйүү камерасынын күйүүчү май инжекторунун панели катары колдонулат; Турбина насосунун чыканагы, фланец, графит руль бекиткичи ж.б. Суюк ракета кыймылдаткычындагы жогорку температуралуу куйма түртүү камерасында күйүүчү май камерасынын инжекторунун панели катары колдонулат; Турбина насосунун чыканагы, фланец, графит руль бекиткичи ж.б. GH4169 турбина роторунун, валынын, вал жеңинин, бекиткичтин жана башка маанилүү подшипник бөлүктөрүнүн материалы катары колдонулат.
Америкалык суюк ракета кыймылдаткычынын турбина роторунун материалдарына негизинен соргуч түтүк, турбинанын бычагы жана диск кирет. GH1131 эритмеси көбүнчө Кытайда колдонулат жана турбинанын бычагы иштөө температурасына жараша болот. Inconel x, Alloy713c, Astroloy жана Mar-M246 удаа колдонулушу керек; дөңгөлөк дискинин материалдарына Inconel 718, Waspaloy ж.б. кирет. GH4169 жана GH4141 интегралдык турбиналар көбүнчө колдонулат, ал эми кыймылдаткычтын валы үчүн GH2038A колдонулат.