Yüksək temperaturlu ərintiyə istilik davamlılığı ərintisi də deyilir. Matris quruluşuna görə materiallar üç kateqoriyaya bölünə bilər: dəmir əsaslı nikel əsaslı və xrom əsaslı. İstehsal rejiminə görə, deformasiya olunmuş super ərinti və tökmə super ərintiyə bölünə bilər.
Aerokosmik sahədə əvəzolunmaz bir xammaldır. Aerokosmik və aviasiya istehsal mühərriklərinin yüksək temperaturlu hissəsi üçün əsas materialdır. Əsasən yanma kamerası, turbin bıçağı, istiqamətləndirici bıçaq, kompressor və turbin diski, turbin korpusu və digər hissələrin istehsalı üçün istifadə olunur. Xidmət temperaturu diapazonu 600 ℃ - 1200 ℃-dir. Gərginlik və ətraf mühit şəraiti istifadə olunan hissələrə görə dəyişir. Ərintinin mexaniki, fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərinə ciddi tələblər var. Mühərrikin performansı, etibarlılığı və ömrü üçün həlledici amildir. Buna görə də, super ərinti inkişaf etmiş ölkələrdə aerokosmik və milli müdafiə sahələrində əsas tədqiqat layihələrindən biridir.
Super ərintilərin əsas tətbiqləri bunlardır:
1. Yanma kamerası üçün yüksək temperaturlu ərinti
Aviasiya turbin mühərrikinin yanma kamerası (alov borusu kimi də tanınır) əsas yüksək temperaturlu komponentlərdən biridir. Yanacaq atomizasiyası, neft və qaz qarışdırılması və digər proseslər yanma kamerasında aparıldığı üçün yanma kamerasındakı maksimum temperatur 1500 ℃ - 2000 ℃-ə, yanma kamerasındakı divar temperaturu isə 1100 ℃-ə çata bilər. Eyni zamanda, o, istilik gərginliyinə və qaz gərginliyinə də tab gətirir. Yüksək dartma/çəki nisbətinə malik mühərriklərin əksəriyyəti qısa uzunluğa və yüksək istilik tutumuna malik olan halqavari yanma kameralarından istifadə edir. Yanma kamerasındakı maksimum temperatur 2000 ℃-ə, qaz plyonkası və ya buxar soyuduqdan sonra isə divar temperaturu 1150 ℃-ə çatır. Müxtəlif hissələr arasında böyük temperatur qradiyentləri istilik gərginliyi yaradacaq ki, bu da iş vəziyyəti dəyişdikdə kəskin şəkildə artacaq və düşəcək. Material istilik şokuna və istilik yorğunluğuna məruz qalacaq və deformasiya, çatlar və digər nasazlıqlar olacaq. Ümumiyyətlə, yanma kamerası təbəqə ərintisindən hazırlanır və texniki tələblər müəyyən hissələrin istismar şərtlərinə uyğun olaraq aşağıdakı kimi ümumiləşdirilir: yüksək temperaturlu ərinti və qaz istifadəsi şəraitində müəyyən oksidləşmə müqavimətinə və qaz korroziyasına davamlılığa malikdir; müəyyən ani və dözümlülük gücünə, istilik yorğunluğuna və aşağı genişlənmə əmsalına malikdir; emal, formalaşdırma və birləşməni təmin etmək üçün kifayət qədər plastikliyə və qaynaq qabiliyyətinə malikdir; istismar müddəti ərzində etibarlı işləməyi təmin etmək üçün istilik dövrü altında yaxşı təşkilati sabitliyə malikdir.
a. MA956 lehimli məsaməli laminat
İlk mərhələdə məsaməli laminat, fotoşəkil çəkildikdən, oyulduqdan, yivləndikdən və deşildikdən sonra diffuziya yolu ilə HS-188 ərintisindən hazırlanmışdır. Daxili təbəqə dizayn tələblərinə uyğun olaraq ideal bir soyutma kanalına çevrilə bilər. Bu strukturun soyudulması üçün ənənəvi film soyutmasının soyutma qazının yalnız 30%-i lazımdır ki, bu da mühərrikin istilik dövrü səmərəliliyini artıra, yanma kamerası materialının faktiki istilik daşıma qabiliyyətini azalda, çəkini azalda və itələmə-çəki nisbətini artıra bilər. Hazırda praktik istifadəyə verilməzdən əvvəl əsas texnologiyanı sındırmaq lazımdır. MA956-dan hazırlanmış məsaməli laminat, ABŞ tərəfindən təqdim edilən və 1300 ℃-də istifadə edilə bilən yeni nəsil yanma kamerası materialıdır.
b. Yanma kamerasında keramika kompozitlərinin tətbiqi
ABŞ 1971-ci ildən bəri qaz turbinləri üçün keramikadan istifadənin mümkünlüyünü yoxlamağa başlayıb. 1983-cü ildə ABŞ-da qabaqcıl materialların hazırlanması ilə məşğul olan bəzi qruplar qabaqcıl təyyarələrdə istifadə olunan qaz turbinləri üçün bir sıra performans göstəriciləri hazırlamışlar. Bu göstəricilər bunlardır: turbinin giriş temperaturunu 2200 ℃-ə qədər artırmaq; Kimyəvi hesablamanın yanma vəziyyəti altında işləmək; Bu hissələrə tətbiq olunan sıxlığı 8 q/sm3-dən 5 q/sm3-ə endirmək; Komponentlərin soyumasını ləğv etmək. Bu tələblərə cavab vermək üçün tədqiq olunan materiallara tək fazalı keramika ilə yanaşı, qrafit, metal matrix, keramika matrix kompozitləri və intermetallik birləşmələr daxildir. Keramika matrix kompozitlərinin (KMA) aşağıdakı üstünlükləri var:
Keramika materialının genişlənmə əmsalı nikel əsaslı ərintidən daha kiçikdir və örtüyü asanlıqla soyulur. Aralıq metal keçə ilə keramika kompozitləri hazırlamaq, yanma kamerası materiallarının inkişaf istiqaməti olan qabıqlanma qüsurunu aradan qaldıra bilər. Bu material 10% - 20% soyutma havası ilə istifadə edilə bilər və metal arxa izolyasiyasının temperaturu cəmi 800 ℃-dir və istilik daşıyıcı temperaturu divergent soyutma və plyonka soyutmasından daha aşağıdır. V2500 mühərrikində tökmə super ərinti B1900+keramika örtüklü qoruyucu kafel istifadə olunur və inkişaf istiqaməti B1900 (keramika örtüklü) kafelini SiC əsaslı kompozit və ya antioksidant C/C kompozit ilə əvəz etməkdir. Keramika matris kompoziti, 15-20 itələmə çəki nisbətinə malik mühərrik yanma kamerasının inkişaf materialıdır və onun xidmət temperaturu 1538 ℃ - 1650 ℃-dir. Alov borusu, üzən divar və yanma kamerası üçün istifadə olunur.
2. Turbin üçün yüksək temperaturlu ərinti
Aeromühərrik turbin bıçağı, aeromühərrikdə ən ağır temperatur yükünə və ən pis iş mühitinə tab gətirən komponentlərdən biridir. Yüksək temperatur altında çox böyük və mürəkkəb gərginliyə tab gətirməlidir, buna görə də material tələbləri çox sərtdir. Aeromühərrik turbin bıçaqları üçün super ərintilər aşağıdakılara bölünür:
a.Bələdçi üçün yüksək temperaturlu ərintisi
Deflektor turbin mühərrikinin istidən ən çox təsirlənən hissələrindən biridir. Yanma kamerasında qeyri-bərabər yanma baş verdikdə, birinci mərhələli istiqamətləndirici pərinin istilik yükü böyük olur ki, bu da istiqamətləndirici pərinin zədələnməsinin əsas səbəbidir. Onun işləmə temperaturu turbin pərininkindən təxminən 100 ℃ yüksəkdir. Fərq ondadır ki, statik hissələr mexaniki yükə məruz qalmır. Adətən, temperaturun sürətli dəyişməsi nəticəsində istilik gərginliyinə, deformasiyaya, istilik yorğunluğuna çatlamağa və yerli yanmaya səbəb olmaq asandır. Rəhbər pərinin ərintisi aşağıdakı xüsusiyyətlərə malik olmalıdır: kifayət qədər yüksək temperatur möhkəmliyi, daimi sürünmə performansı və yaxşı istilik yorğunluğu performansı, yüksək oksidləşmə müqaviməti və istilik korroziya performansı, istilik gərginliyi və vibrasiya müqaviməti, əyilmə deformasiya qabiliyyəti, yaxşı tökmə prosesinin qəlibləmə performansı və qaynaq qabiliyyəti, həmçinin örtük qoruma performansı.
Hazırda yüksək dartma/çəki nisbətinə malik ən qabaqcıl mühərriklər içi boş tökmə bıçaqlardan istifadə edir və istiqamətləndirici və tək kristal nikel əsaslı super ərintilər seçilir. Yüksək dartma-çəki nisbətinə malik mühərrikin yüksək temperaturu 1650 ℃ - 1930 ℃ arasındadır və istilik izolyasiya örtüyü ilə qorunmalıdır. Soyutma və örtük qorunması şəraitində bıçaq ərintisinin xidmət temperaturu 1100 ℃-dən çoxdur ki, bu da gələcəkdə bələdçi bıçaq materialının temperatur sıxlığı xərcləri üçün yeni və daha yüksək tələblər irəli sürür.
b. Turbin bıçaqları üçün super ərintilər
Turbin bıçaqları aero-mühərriklərin əsas istilik daşıyan fırlanan hissələridir. Onların işləmə temperaturu istiqamətləndirici bıçaqlardan 50 ℃ - 100 ℃ aşağıdır. Fırlanarkən böyük mərkəzdənqaçma gərginliyi, vibrasiya gərginliyi, istilik gərginliyi, hava axınının təmizlənməsi və digər təsirlərə tab gətirirlər və iş şəraiti zəifdir. Yüksək dartma/çəki nisbətinə malik mühərrikin isti uc komponentlərinin xidmət müddəti 2000 saatdan çoxdur. Buna görə də, turbin bıçağı ərintisi xidmət temperaturunda yüksək sürünmə müqavimətinə və qırılma gücünə, yüksək və aşağı dövr yorğunluğu, soyuq və isti yorğunluq, kifayət qədər plastiklik və zərbə möhkəmliyi və çentik həssaslığı kimi yaxşı yüksək və orta temperatur hərtərəfli xüsusiyyətlərinə malik olmalıdır; Yüksək oksidləşmə müqaviməti və korroziyaya davamlılıq; Yaxşı istilik keçiriciliyi və aşağı xətti genişlənmə əmsalı; Yaxşı tökmə prosesinin performansı; Uzunmüddətli struktur sabitliyi, xidmət temperaturunda TCP fazasının çökməsi yoxdur. Tətbiq olunan ərinti dörd mərhələdən keçir; Deformasiya olunmuş ərinti tətbiqlərinə GH4033, GH4143, GH4118 və s. daxildir; Tökmə ərintisinin tətbiqinə K403, K417, K418, K405, istiqamətləndirilmiş bərkimiş qızıl DZ4, DZ22, tək kristal ərinti DD3, DD8, PW1484 və s. daxildir. Hazırda o, tək kristal ərintilərinin üçüncü nəslinə qədər inkişaf etmişdir. Çinin tək kristal ərintiləri DD3 və DD8 müvafiq olaraq Çinin turbinlərində, turbofan mühərriklərində, helikopterlərdə və gəmi mühərriklərində istifadə olunur.
3. Turbin diski üçün yüksək temperaturlu ərinti
Turbin diski turbin mühərrikinin ən çox gərginləşən fırlanan yatak hissəsidir. 8 və 10 itələmə çəkisi nisbəti ilə mühərrikin təkər flanşının işləmə temperaturu 650 ℃ və 750 ℃-ə çatır və təkər mərkəzinin temperaturu təxminən 300 ℃-dir və böyük temperatur fərqi ilə. Normal fırlanma zamanı bıçağı yüksək sürətlə fırlatmağa məcbur edir və maksimum mərkəzdənqaçma qüvvəsinə, istilik gərginliyinə və vibrasiya gərginliyinə tab gətirir. Hər başlanğıc və dayanma bir dövr, təkər mərkəzidir. Boğaz, yiv dibi və halqanın hamısı fərqli kompozit gərginliklərə malikdir. Ərinti ən yüksək axıcılıq möhkəmliyinə, zərbəyə davamlılığa və xidmət temperaturunda kəsik həssaslığına malik olmalıdır; Aşağı xətti genişlənmə əmsalı; Müəyyən oksidləşmə və korroziyaya davamlılıq; Yaxşı kəsmə performansı.
4. Aerokosmik super ərinti
Maye raket mühərrikindəki super ərinti itələmə kamerasında yanma kamerasının yanacaq enjektor paneli kimi istifadə olunur; Turbin nasosunun dirsəyi, flanşı, qrafit sükan bərkidicisi və s. Maye raket mühərrikindəki yüksək temperaturlu ərinti itələmə kamerasında yanacaq kamerası enjektor paneli kimi istifadə olunur; Turbin nasosunun dirsəyi, flanşı, qrafit sükan bərkidicisi və s. GH4169 turbin rotoru, valı, val qolu, bərkidici və digər vacib yataq hissələrinin materialı kimi istifadə olunur.
Amerika maye raket mühərrikinin turbin rotor materiallarına əsasən giriş borusu, turbin bıçağı və disk daxildir. GH1131 ərintisi əsasən Çində istifadə olunur və turbin bıçağı işləmə temperaturundan asılıdır. Inconel x, Alloy713c, Astroloy və Mar-M246 ardıcıl olaraq istifadə edilməlidir; təkər disk materiallarına Inconel 718, Waspaloy və s. daxildir. GH4169 və GH4141 inteqral turbinləri əsasən istifadə olunur, mühərrik valı üçün isə GH2038A istifadə olunur.