Легура високе температуре назива се и легура топлотне чврстоће. Према структури матрице, материјали се могу поделити у три категорије: на бази никла и на бази хрома. Према начину производње, може се поделити на деформисану суперлегуру и ливену суперлегуру.
То је незаобилазна сировина у области ваздухопловства. То је кључни материјал за високотемпературни део мотора за производњу ваздухопловства и авијације. Углавном се користи за производњу коморе за сагоревање, лопатица турбине, водеће лопатице, компресора и турбинског диска, кућишта турбине и других делова. Опсег радне температуре је 600 ℃ - 1200 ℃. Напрезање и услови околине варирају у зависности од делова који се користе. Постоје строги захтеви за механичка, физичка и хемијска својства легуре. То је одлучујући фактор за перформансе, поузданост и животни век мотора. Због тога је суперлегура један од кључних истраживачких пројеката у областима ваздухопловства и националне одбране у развијеним земљама.
Главне примене суперлегура су:
1. Високотемпературна легура за комору за сагоревање
Комора за сагоревање (позната и као пламена цев) ваздухопловног турбинског мотора је једна од кључних компоненти за високе температуре. Пошто се атомизација горива, мешање уља и гаса и други процеси одвијају у комори за сагоревање, максимална температура у комори за сагоревање може да достигне 1500 ℃ - 2000 ℃, а температура зида у комори за сагоревање може да достигне 1100 ℃. Истовремено, он такође подноси топлотни стрес и гасни стрес. Већина мотора са високим односом потисак/тежина користи прстенасте коморе за сагоревање, које имају кратку дужину и велики топлотни капацитет. Максимална температура у комори за сагоревање достиже 2000 ℃, а температура зида достиже 1150 ℃ након хлађења гасног филма или паре. Велики температурни градијенти између различитих делова ће генерисати термички стрес, који ће нагло порасти и пасти када се радно стање промени. Материјал ће бити подложан топлотном удару и оптерећењу топлотног замора, а биће изобличења, пукотина и других кварова. Уопштено, комора за сагоревање је направљена од легуре лима, а технички захтеви су сумирани на следећи начин према условима рада одређених делова: има одређену отпорност на оксидацију и отпорност на корозију гаса у условима коришћења високотемпературне легуре и гаса; Има одређену тренутну и издржљивост, перформансе термичког замора и низак коефицијент експанзије; Има довољно пластичности и способности заваривања да обезбеди обраду, формирање и повезивање; Има добру организациону стабилност под термичким циклусом како би се обезбедио поуздан рад током радног века.
а. МА956 порозни ламинат од легуре
У раној фази, порозни ламинат је направљен од лимова легуре ХС-188 дифузионим везивањем након што је фотографисан, урезан, жлебљен и избоден. Унутрашњи слој се може направити у идеалан канал за хлађење према захтевима дизајна. За хлађење ове структуре потребно је само 30% расхладног гаса традиционалног филмског хлађења, што може побољшати ефикасност термичког циклуса мотора, смањити стварни капацитет топлоте материјала коморе за сагоревање, смањити тежину и повећати потисак. однос. Тренутно је још увек потребно пробити кључну технологију пре него што се може ставити у практичну употребу. Порозни ламинат направљен од МА956 је нова генерација материјала коморе за сагоревање коју су представиле Сједињене Америчке Државе, која се може користити на 1300 ℃.
б. Примена керамичких композита у комори за сагоревање
Сједињене Државе су почеле да проверавају изводљивост употребе керамике за гасне турбине од 1971. Године 1983. неке групе које су се бавиле развојем напредних материјала у Сједињеним Државама су формулисале низ индикатора перформанси за гасне турбине које се користе у напредним авионима. Ови индикатори су: повећање улазне температуре турбине на 2200 ℃; Ради под стањем сагоревања према хемијском прорачуну; Смањите густину примењену на ове делове са 8г/цм3 на 5г/цм3; Откажите хлађење компоненти. Да би се испунили ови захтеви, проучавани материјали укључују графит, металну матрицу, керамичке матричне композите и интерметална једињења поред монофазне керамике. Керамички матрични композити (ЦМЦ) имају следеће предности:
Коефицијент експанзије керамичког материјала је много мањи од легуре на бази никла, а премаз се лако скида. Израда керамичких композита са средњим металним филцом може превазићи дефект љуштења, што је правац развоја материјала коморе за сагоревање. Овај материјал се може користити са 10% - 20% ваздуха за хлађење, а температура металне задње изолације је само око 800 ℃, а температура која носи топлоту је далеко нижа од оне код дивергентног хлађења и хлађења филма. Заштитна плочица од ливене суперлегуре Б1900 + керамички премаз се користи у мотору В2500, а правац развоја је замена Б1900 (са керамичким премазом) плочица са композитом на бази СиЦ или антиоксидационим Ц/Ц композитом. Керамички матрични композит је развојни материјал коморе за сагоревање мотора са тежинским односом потиска од 15-20, а његова радна температура је 1538 ℃ - 1650 ℃. Користи се за пламену цев, плутајући зид и накнадно сагоревање.
2. Високотемпературна легура за турбину
Лопатица турбине авио-мотора је једна од компоненти која подноси најтеже температурно оптерећење и најгоре радно окружење у авио-мотору. Мора да издржи веома велика и сложена напрезања под високим температурама, тако да су захтеви за материјалом веома строги. Суперлегуре за лопатице турбина авио-мотора се деле на:
а. Високотемпературна легура за водич
Дефлектор је један од делова турбинског мотора који највише утиче на топлоту. Када дође до неравномерног сагоревања у комори за сагоревање, оптерећење загревања водеће лопатице првог степена је велико, што је главни разлог за оштећење водеће лопатице. Његова радна температура је за око 100 ℃ виша од температуре лопатице турбине. Разлика је у томе што статички делови нису подложни механичком оптерећењу. Обично је лако изазвати термички стрес, изобличење, напрслине од топлотног замора и локално опекотине узроковане брзом променом температуре. Легура водеће лопатице треба да има следећа својства: довољну чврстоћу при високим температурама, трајне перформансе пузања и добре перформансе термичког замора, високу отпорност на оксидацију и термичку корозију, отпорност на термички стрес и вибрације, способност деформације савијања, добре перформансе процеса ливења и заварљивост, и перформансе заштите премаза.
Тренутно, најнапреднији мотори са високим односом потисак/тежина користе шупље ливене лопатице, а изабране су усмерене и монокристалне суперлегуре на бази никла. Мотор са високим односом потиска и тежине има високу температуру од 1650 ℃ - 1930 ℃ и треба да буде заштићен термоизолационим премазом. Радна температура легуре сечива у условима хлађења и заштите премаза је већа од 1100 ℃, што поставља нове и веће захтеве за цену густине температуре материјала за вођење ножева у будућности.
б. Суперлегуре за лопатице турбина
Лопатице турбине су кључни ротирајући делови аеромотора који носе топлоту. Њихова радна температура је 50 ℃ - 100 ℃ нижа од водеће лопатице. Подносе велики центрифугални стрес, напрезање вибрацијама, термичко оптерећење, струјање ваздуха и друге ефекте када се ротирају, а услови рада су лоши. Век трајања врућих компоненти мотора са високим односом потисак/тежина је више од 2000х. Према томе, легура лопатица турбине мора имати високу отпорност на пузање и чврстоћу ломљења на радној температури, добре свеобухватне особине на високим и средњим температурама, као што су замор високог и ниског циклуса, замор од хладноће и врућине, довољна пластичност и жилавост на удар, и осетљивост на зарезе; Висока отпорност на оксидацију и отпорност на корозију; Добра топлотна проводљивост и низак коефицијент линеарне експанзије; Добре перформансе процеса ливења; Дугорочна структурна стабилност, без таложења ТЦП фазе на радној температури. Примењена легура пролази кроз четири фазе; Примене деформисаних легура укључују ГХ4033, ГХ4143, ГХ4118, итд; Примена легура за ливење укључује К403, К417, К418, К405, усмерено очвршћено злато ДЗ4, ДЗ22, монокристалну легуру ДД3, ДД8, ПВ1484, итд. Тренутно се развила до треће генерације монокристалних легура. Кинеска монокристална легура ДД3 и ДД8 се користе у кинеским турбинама, турбовентилационим моторима, хеликоптерима и бродским моторима.
3. Високотемпературна легура за турбински диск
Турбински диск је најоптерећенији ротирајући лежајни део турбинског мотора. Радна температура прирубнице точка мотора са тежинским односом потиска од 8 и 10 достиже 650 ℃ и 750 ℃, а температура центра точка је око 300 ℃, са великом температурном разликом. Током нормалне ротације, покреће сечиво да се окреће великом брзином и подноси максималну центрифугалну силу, термички стрес и стрес вибрације. Сваки старт и заустављање су циклус, центар точка. Грло, дно жлеба и обод носе различита композитна напрезања. Од легуре се захтева да има највећу границу течења, жилавост на удар и да нема осетљивост на зарезе на радној температури; Низак коефицијент линеарне експанзије; Одређена отпорност на оксидацију и корозију; Добре перформансе сечења.
4. Ваздухопловство суперлегура
Суперлегура у течном ракетном мотору се користи као панел ињектора горива коморе за сагоревање у потисној комори; Колено турбинске пумпе, прирубница, графитни причвршћивач кормила, итд. Високотемпературна легура у течном ракетном мотору се користи као панел ињектора коморе за гориво у потисној комори; Колено турбинске пумпе, прирубница, графитни причвршћивач кормила, итд. ГХ4169 се користи као материјал ротора турбине, вратила, рукавца вратила, причвршћивача и других важних делова лежаја.
Материјали турбинског ротора америчког ракетног мотора на течност углавном укључују усисну цев, лопатицу турбине и диск. Легура ГХ1131 се углавном користи у Кини, а лопатица турбине зависи од радне температуре. Инцонел к, Аллои713ц, Астролои и Мар-М246 треба користити сукцесивно; Материјали дискова точкова укључују Инцонел 718, Васпалои, итд. Углавном се користе интегралне турбине ГХ4169 и ГХ4141, а за осовину мотора ГХ2038А.