Paduan suhu dhuwur uga diarani paduan kekuatan panas. Miturut struktur matriks, bahan bisa dipérang dadi telung kategori: adhedhasar wesi adhedhasar nikel lan adhedhasar kromium. Miturut mode produksi, bisa dipérang dadi superalloy deformasi lan superalloy cor.
Iki minangka bahan mentah sing penting banget ing bidang kedirgantaraan. Iki minangka bahan utama kanggo bagean suhu dhuwur saka mesin manufaktur kedirgantaraan lan penerbangan. Iki utamane digunakake kanggo nggawe ruang pembakaran, bilah turbin, bilah pandhuan, kompresor lan cakram turbin, wadah turbin lan bagean liyane. Kisaran suhu layanan yaiku 600 ℃ - 1200 ℃. Kondisi stres lan lingkungan beda-beda gumantung saka bagean sing digunakake. Ana syarat sing ketat kanggo sifat mekanik, fisik lan kimia saka paduan kasebut. Iki minangka faktor penentu kanggo kinerja, keandalan lan umur mesin. Mulane, superalloy minangka salah sawijining proyek riset utama ing bidang kedirgantaraan lan pertahanan nasional ing negara maju.
Aplikasi utama superalloy yaiku:
1. Paduan suhu dhuwur kanggo ruang pembakaran
Ruang pembakaran (uga dikenal minangka tabung geni) mesin turbin penerbangan minangka salah sawijining komponen suhu dhuwur sing penting. Amarga atomisasi bahan bakar, pencampuran lenga lan gas, lan proses liyane ditindakake ing ruang pembakaran, suhu maksimum ing ruang pembakaran bisa tekan 1500 ℃ - 2000 ℃, lan suhu tembok ing ruang pembakaran bisa tekan 1100 ℃. Ing wektu sing padha, uga nahan stres termal lan stres gas. Umume mesin kanthi rasio dorong/bobot sing dhuwur nggunakake ruang pembakaran annular, sing duwe dawa cendhak lan kapasitas panas sing dhuwur. Suhu maksimum ing ruang pembakaran tekan 2000 ℃, lan suhu tembok tekan 1150 ℃ sawise pendinginan film gas utawa uap. Gradien suhu sing gedhe antarane macem-macem bagean bakal ngasilake stres termal, sing bakal mundhak lan mudhun kanthi tajem nalika kahanan kerja owah. Materi kasebut bakal kena kejut termal lan beban kelelahan termal, lan bakal ana distorsi, retakan, lan kesalahan liyane. Umumé, ruang pembakaran digawe saka lembaran paduan, lan syarat teknis diringkes kaya ing ngisor iki miturut kahanan layanan bagean tartamtu: nduweni resistensi oksidasi lan tahan korosi gas tartamtu ing kahanan nggunakake paduan suhu dhuwur lan gas; nduweni kekuatan cepet lan daya tahan tartamtu, kinerja fatigue termal lan koefisien ekspansi sing kurang; nduweni plastisitas lan kemampuan las sing cukup kanggo njamin pangolahan, pembentukan lan sambungan; nduweni stabilitas organisasi sing apik ing siklus termal kanggo njamin operasi sing dipercaya sajrone umur layanan.
a. Laminasi berpori paduan MA956
Ing tahap awal, laminasi keropos digawe saka lembaran paduan HS-188 kanthi ikatan difusi sawise difoto, diukir, diukir, lan dilubangi. Lapisan njero bisa digawe dadi saluran pendinginan sing ideal miturut syarat desain. Pendinginan struktur iki mung mbutuhake 30% gas pendinginan saka pendinginan film tradisional, sing bisa ningkatake efisiensi siklus termal mesin, nyuda kapasitas bantalan panas nyata saka bahan ruang pembakaran, nyuda bobot, lan nambah rasio daya dorong-bobot. Saiki, isih perlu kanggo nerobos teknologi utama sadurunge bisa digunakake kanthi praktis. Laminasi keropos sing digawe saka MA956 minangka generasi anyar bahan ruang pembakaran sing dikenalake dening Amerika Serikat, sing bisa digunakake ing 1300 ℃.
b. Aplikasi komposit keramik ing ruang pembakaran
Amerika Serikat wis miwiti verifikasi kelayakan panggunaan keramik kanggo turbin gas wiwit taun 1971. Ing taun 1983, sawetara klompok sing melu pangembangan bahan canggih ing Amerika Serikat wis ngrumusake seri indikator kinerja kanggo turbin gas sing digunakake ing pesawat canggih. Indikator kasebut yaiku: nambah suhu inlet turbin nganti 2200 ℃; Operasi ing kahanan pembakaran kanthi itungan kimia; Ngurangi kapadhetan sing ditrapake ing bagean kasebut saka 8g/cm3 dadi 5g/cm3; Mbatalake pendinginan komponen. Kanggo nyukupi syarat kasebut, bahan sing ditliti kalebu grafit, matriks logam, komposit matriks keramik lan senyawa intermetalik saliyane keramik fase tunggal. Komposit matriks keramik (CMC) duwe kaluwihan ing ngisor iki:
Koefisien ekspansi bahan keramik luwih cilik tinimbang paduan berbasis nikel, lan lapisan kasebut gampang dikupas. Nggawe komposit keramik nganggo kain felt logam antara bisa ngatasi cacat pengelupasan, yaiku arah pangembangan bahan ruang pembakaran. Bahan iki bisa digunakake karo udara pendinginan 10% - 20%, lan suhu insulasi mburi logam mung udakara 800 ℃, lan suhu bantalan panas luwih murah tinimbang pendinginan divergen lan pendinginan film. Ubin pelindung lapisan keramik superalloy cor B1900+ digunakake ing mesin V2500, lan arah pangembangan yaiku ngganti jubin B1900 (kanthi lapisan keramik) karo komposit berbasis SiC utawa komposit anti-oksidasi C/C. Komposit matriks keramik minangka bahan pangembangan ruang pembakaran mesin kanthi rasio bobot dorong 15-20, lan suhu layanan yaiku 1538 ℃ - 1650 ℃. Iki digunakake kanggo tabung geni, tembok ngambang lan afterburner.
2. Paduan suhu dhuwur kanggo turbin
Bilah turbin aero-engine minangka salah sawijining komponen sing nahan beban suhu paling abot lan lingkungan kerja paling ala ing aero-engine. Bilah iki kudu nahan stres sing gedhe banget lan kompleks ing suhu dhuwur, mula syarat bahane ketat banget. Superalloy kanggo bilah turbin aero-engine dipérang dadi:
a. Paduan suhu dhuwur kanggo pandhuan
Deflektor minangka salah sawijining bagean mesin turbin sing paling kena pengaruh panas. Nalika pembakaran ora rata ing ruang pembakaran, beban pemanasan baling-baling pandhuan tahap pertama gedhe, sing dadi sebab utama kerusakan baling-baling pandhuan. Suhu layanane udakara 100 ℃ luwih dhuwur tinimbang bilah turbin. Bedane yaiku bagean statis ora kena beban mekanik. Biasane, gampang nyebabake stres termal, distorsi, retak kelelahan termal lan kobongan lokal sing disebabake owah-owahan suhu kanthi cepet. Paduan baling-baling pandhuan kudu duwe sifat ing ngisor iki: kekuatan suhu dhuwur sing cukup, kinerja rambat permanen lan kinerja kelelahan termal sing apik, tahan oksidasi lan kinerja korosi termal sing dhuwur, tahan stres termal lan getaran, kemampuan deformasi lentur, kinerja pencetakan proses pengecoran lan kemampuan las sing apik, lan kinerja perlindungan lapisan.
Saiki, umume mesin canggih kanthi rasio daya dorong/bobot sing dhuwur nggunakake bilah cor berongga, lan superalloy berbasis nikel arah lan kristal tunggal dipilih. Mesin kanthi rasio daya dorong-bobot sing dhuwur nduweni suhu dhuwur 1650 ℃ - 1930 ℃ lan kudu dilindhungi nganggo lapisan insulasi termal. Suhu layanan paduan bilah ing kondisi pendinginan lan perlindungan lapisan luwih saka 1100 ℃, sing ndadekake syarat anyar lan luwih dhuwur kanggo biaya kapadhetan suhu bahan bilah pandhuan ing mangsa ngarep.
b. Superalloy kanggo bilah turbin
Bilah turbin minangka bagean utama sing muter lan nahan panas ing mesin aero. Suhu operasine 50 ℃ - 100 ℃ luwih murah tinimbang bilah pandhuan. Bilah iki nahan stres sentrifugal, stres getaran, stres termal, gosokan aliran udara, lan efek liyane nalika muter, lan kondisi kerjane kurang apik. Umur layanan komponen ujung panas mesin kanthi rasio dorong/bobot sing dhuwur luwih saka 2000 jam. Mulane, paduan bilah turbin kudu duwe resistensi mumbul lan kekuatan pecah sing dhuwur ing suhu layanan, sifat komprehensif suhu dhuwur lan medium sing apik, kayata fatigue siklus dhuwur lan kurang, fatigue adhem lan panas, plastisitas lan ketangguhan dampak sing cukup, lan sensitivitas takik; Resistensi oksidasi lan tahan korosi sing dhuwur; Konduktivitas termal sing apik lan koefisien ekspansi linier sing kurang; Kinerja proses pengecoran sing apik; Stabilitas struktural jangka panjang, ora ana presipitasi fase TCP ing suhu layanan. Paduan sing ditrapake ngliwati patang tahapan; Aplikasi paduan sing cacat kalebu GH4033, GH4143, GH4118, lsp. Aplikasi saka logam campuran tuang kalebu K403, K417, K418, K405, emas padat arah DZ4, DZ22, logam campuran kristal tunggal DD3, DD8, PW1484, lan liya-liyane. Saiki, wis berkembang dadi generasi katelu saka logam campuran kristal tunggal. Logam campuran kristal tunggal DD3 lan DD8 saka China digunakake ing turbin, mesin turbofan, helikopter, lan mesin kapal ing China.
3. Paduan suhu dhuwur kanggo cakram turbin
Cakram turbin minangka bagean bantalan puteran sing paling stres ing mesin turbin. Suhu kerja flensa roda mesin kanthi rasio bobot dorong 8 lan 10 tekan 650 ℃ lan 750 ℃, lan suhu pusat roda udakara 300 ℃, kanthi beda suhu sing gedhe. Sajrone rotasi normal, iki ndorong bilah kanggo muter kanthi kecepatan dhuwur lan nanggung gaya sentrifugal maksimum, stres termal lan stres getaran. Saben wiwitan lan mandheg minangka siklus, pusat roda. Tenggorokan, ngisor alur lan pelek kabeh nanggung stres komposit sing beda. Paduan kasebut dibutuhake duwe kekuatan luluh paling dhuwur, ketangguhan impak lan ora ana sensitivitas takik ing suhu layanan; Koefisien ekspansi linier sing kurang; Tahan oksidasi lan korosi tartamtu; Performa pemotongan sing apik.
4. Superalloy aerospace
Superalloy ing mesin roket cair digunakake minangka panel injektor bahan bakar ruang pembakaran ing ruang dorong; siku pompa turbin, flens, pengikat kemudi grafit, lan liya-liyane. Paduan suhu dhuwur ing mesin roket cair digunakake minangka panel injektor ruang bahan bakar ing ruang dorong; siku pompa turbin, flens, pengikat kemudi grafit, lan liya-liyane. GH4169 digunakake minangka bahan rotor turbin, poros, selongsong poros, pengikat lan bagean bantalan penting liyane.
Bahan rotor turbin mesin roket cair Amerika utamane kalebu pipa intake, bilah turbin, lan cakram. Paduan GH1131 umume digunakake ing China, lan bilah turbin gumantung saka suhu kerja. Inconel x, Alloy713c, Astroloy lan Mar-M246 kudu digunakake kanthi berturut-turut; Bahan cakram roda kalebu Inconel 718, Waspaloy, lan liya-liyane. Turbin integral GH4169 lan GH4141 umume digunakake, lan GH2038A digunakake kanggo poros mesin.