Gelwir aloi tymheredd uchel hefyd yn aloi cryfder gwres. Yn ôl strwythur y matrics, gellir rhannu deunyddiau yn dair categori: haearn-seiliedig ar nicel a chromiwm-seiliedig. Yn ôl y dull cynhyrchu, gellir ei rannu'n uwch-aloi wedi'i ddadffurfio ac uwch-aloi bwrw.
Mae'n ddeunydd crai anhepgor ym maes awyrofod. Dyma'r deunydd allweddol ar gyfer rhan tymheredd uchel peiriannau gweithgynhyrchu awyrofod ac awyrenneg. Fe'i defnyddir yn bennaf ar gyfer cynhyrchu siambr hylosgi, llafn tyrbin, llafn canllaw, cywasgydd a disg tyrbin, cas tyrbin a rhannau eraill. Yr ystod tymheredd gwasanaeth yw 600 ℃ - 1200 ℃. Mae'r straen a'r amodau amgylcheddol yn amrywio yn ôl y rhannau a ddefnyddir. Mae gofynion llym ar gyfer priodweddau mecanyddol, ffisegol a chemegol yr aloi. Dyma'r ffactor pendant ar gyfer perfformiad, dibynadwyedd a bywyd yr injan. Felly, mae superalloy yn un o'r prosiectau ymchwil allweddol ym meysydd awyrofod ac amddiffyn cenedlaethol mewn gwledydd datblygedig.
Prif gymwysiadau uwch-aloion yw:
1. Aloi tymheredd uchel ar gyfer siambr hylosgi
Mae siambr hylosgi (a elwir hefyd yn diwb fflam) injan tyrbin awyrennau yn un o'r cydrannau tymheredd uchel allweddol. Gan fod atomization tanwydd, cymysgu olew a nwy a phrosesau eraill yn cael eu cynnal yn y siambr hylosgi, gall y tymheredd uchaf yn y siambr hylosgi gyrraedd 1500 ℃ - 2000 ℃, a gall tymheredd y wal yn y siambr hylosgi gyrraedd 1100 ℃. Ar yr un pryd, mae hefyd yn dwyn straen thermol a straen nwy. Mae'r rhan fwyaf o beiriannau â chymhareb gwthiad/pwysau uchel yn defnyddio siambrau hylosgi cylchog, sydd â hyd byr a chynhwysedd gwres uchel. Mae'r tymheredd uchaf yn y siambr hylosgi yn cyrraedd 2000 ℃, ac mae tymheredd y wal yn cyrraedd 1150 ℃ ar ôl oeri ffilm nwy neu stêm. Bydd graddiannau tymheredd mawr rhwng gwahanol rannau yn cynhyrchu straen thermol, a fydd yn codi ac yn gostwng yn sydyn pan fydd y cyflwr gweithio yn newid. Bydd y deunydd yn destun llwyth sioc thermol a blinder thermol, a bydd ystumio, craciau a namau eraill. Yn gyffredinol, mae'r siambr hylosgi wedi'i gwneud o aloi dalen, a chrynhoir y gofynion technegol fel a ganlyn yn ôl amodau gwasanaeth rhannau penodol: mae ganddo wrthwynebiad ocsideiddio penodol a gwrthiant cyrydiad nwy o dan amodau defnyddio aloi a nwy tymheredd uchel; Mae ganddo gryfder penodol ar unwaith a dygnwch, perfformiad blinder thermol a chyfernod ehangu isel; Mae ganddo ddigon o blastigedd a gallu weldio i sicrhau prosesu, ffurfio a chysylltu; Mae ganddo sefydlogrwydd trefniadol da o dan gylchred thermol i sicrhau gweithrediad dibynadwy o fewn oes y gwasanaeth.
a. Laminad mandyllog aloi MA956
Yn y cyfnod cynnar, gwnaed y laminad mandyllog o ddalen aloi HS-188 trwy fondio trylediad ar ôl cael ei ffotograffio, ei ysgythru, ei rhwygo a'i dyrnu. Gellir gwneud yr haen fewnol yn sianel oeri ddelfrydol yn ôl y gofynion dylunio. Dim ond 30% o nwy oeri'r oeri ffilm traddodiadol sydd ei angen ar gyfer yr oeri strwythur hwn, a all wella effeithlonrwydd cylchred thermol yr injan, lleihau gallu gwirioneddol deunydd y siambr hylosgi, lleihau'r pwysau, a chynyddu'r gymhareb gwthiad-pwysau. Ar hyn o bryd, mae'n dal yn angenrheidiol torri trwy'r dechnoleg allweddol cyn y gellir ei roi mewn defnydd ymarferol. Mae'r laminad mandyllog wedi'i wneud o MA956 yn genhedlaeth newydd o ddeunydd siambr hylosgi a gyflwynwyd gan yr Unol Daleithiau, y gellir ei ddefnyddio ar 1300 ℃.
b. Cymhwyso cyfansoddion ceramig yn y siambr hylosgi
Mae'r Unol Daleithiau wedi dechrau gwirio ymarferoldeb defnyddio cerameg ar gyfer tyrbinau nwy ers 1971. Ym 1983, mae rhai grwpiau a oedd yn ymwneud â datblygu deunyddiau uwch yn yr Unol Daleithiau wedi llunio cyfres o ddangosyddion perfformiad ar gyfer tyrbinau nwy a ddefnyddir mewn awyrennau uwch. Y dangosyddion hyn yw: cynyddu tymheredd mewnfa'r tyrbin i 2200 ℃; Gweithredu o dan gyflwr hylosgi cyfrifiad cemegol; Lleihau'r dwysedd a roddir ar y rhannau hyn o 8g/cm3 i 5g/cm3; Canslo oeri cydrannau. Er mwyn bodloni'r gofynion hyn, mae'r deunyddiau a astudiwyd yn cynnwys graffit, matrics metel, cyfansoddion matrics ceramig a chyfansoddion rhyngmeteleg yn ogystal â cherameg un cam. Mae gan gyfansoddion matrics ceramig (CMC) y manteision canlynol:
Mae cyfernod ehangu deunydd ceramig yn llawer llai na chyfernod aloi sy'n seiliedig ar nicel, ac mae'r haen yn hawdd ei phlicio i ffwrdd. Gall gwneud cyfansoddion ceramig gyda ffelt metel canolradd oresgyn y diffyg o naddu, sef cyfeiriad datblygu deunyddiau siambr hylosgi. Gellir defnyddio'r deunydd hwn gyda 10% - 20% o aer oeri, a dim ond tua 800 ℃ yw tymheredd inswleiddio cefn metel, ac mae'r tymheredd dwyn gwres yn llawer is na thymheredd oeri dargyfeiriol ac oeri ffilm. Defnyddir teils amddiffynnol cotio ceramig superalloi bwrw B1900 + mewn injan V2500, a'r cyfeiriad datblygu yw disodli teils B1900 (gyda gorchudd ceramig) gyda chyfansawdd sy'n seiliedig ar SiC neu gyfansawdd gwrth-ocsideiddio C/C. Cyfansawdd matrics ceramig yw'r deunydd datblygu ar gyfer siambr hylosgi injan gyda chymhareb pwysau gwthiad o 15-20, a'i dymheredd gwasanaeth yw 1538 ℃ - 1650 ℃. Fe'i defnyddir ar gyfer tiwb fflam, wal arnofiol ac ôl-losgwr.
2. Aloi tymheredd uchel ar gyfer tyrbin
Mae llafn tyrbin injan awyr yn un o'r cydrannau sy'n dwyn y llwyth tymheredd mwyaf difrifol a'r amgylchedd gwaith gwaethaf mewn injan awyr. Mae'n rhaid iddo ddwyn straen mawr a chymhleth iawn o dan dymheredd uchel, felly mae ei ofynion deunydd yn llym iawn. Mae'r uwch-aloion ar gyfer llafnau tyrbin injan awyr wedi'u rhannu'n:
a. Aloi tymheredd uchel ar gyfer canllaw
Mae'r dargyfeiriwr yn un o'r rhannau o'r injan tyrbin sy'n cael eu heffeithio fwyaf gan wres. Pan fydd hylosgi anwastad yn digwydd yn y siambr hylosgi, mae llwyth gwresogi'r fan canllaw cam cyntaf yn fawr, sef y prif reswm dros ddifrod y fan canllaw. Mae ei dymheredd gwasanaeth tua 100 ℃ yn uwch na thymheredd llafn y tyrbin. Y gwahaniaeth yw nad yw'r rhannau statig yn destun llwyth mecanyddol. Fel arfer, mae'n hawdd achosi straen thermol, ystumio, crac blinder thermol a llosgiadau lleol a achosir gan newid tymheredd cyflym. Dylai aloi'r fan canllaw fod â'r priodweddau canlynol: cryfder tymheredd uchel digonol, perfformiad cropian parhaol a pherfformiad blinder thermol da, ymwrthedd uchel i ocsideiddio a pherfformiad cyrydiad thermol, ymwrthedd i straen thermol a dirgryniad, gallu anffurfio plygu, perfformiad mowldio proses gastio a weldadwyedd da, a pherfformiad amddiffyn cotio.
Ar hyn o bryd, mae'r rhan fwyaf o beiriannau datblygedig gyda chymhareb gwthiad/pwysau uchel yn defnyddio llafnau bwrw gwag, a dewisir uwch-aloion cyfeiriadol a grisial sengl sy'n seiliedig ar nicel. Mae gan yr injan gyda chymhareb pwysau gwthiad uchel dymheredd uchel o 1650 ℃ - 1930 ℃ ac mae angen ei hamddiffyn â gorchudd inswleiddio thermol. Mae tymheredd gwasanaeth aloi'r llafn o dan amodau oeri a gwarchod cotio yn fwy na 1100 ℃, sy'n cyflwyno gofynion newydd ac uwch ar gyfer cost dwysedd tymheredd deunydd y llafn canllaw yn y dyfodol.
b. Superaloi ar gyfer llafnau tyrbin
Llafnau tyrbin yw'r rhannau cylchdroi allweddol sy'n dwyn gwres mewn peiriannau awyrennau. Mae eu tymheredd gweithredu 50 ℃ - 100 ℃ yn is na'r llafnau canllaw. Maent yn dwyn straen allgyrchol mawr, straen dirgryniad, straen thermol, sgwrio llif aer ac effeithiau eraill wrth gylchdroi, ac mae'r amodau gwaith yn wael. Mae oes gwasanaeth cydrannau pen poeth yr injan gyda chymhareb gwthiad/pwysau uchel yn fwy na 2000 awr. Felly, dylai aloi llafn y tyrbin fod â gwrthiant cropian uchel a chryfder rhwygo ar dymheredd gwasanaeth, priodweddau cynhwysfawr tymheredd uchel a chanolig da, megis blinder cylchred uchel ac isel, blinder oer a phoeth, plastigedd digonol a chaledwch effaith, a sensitifrwydd rhic; Gwrthiant ocsideiddio uchel a gwrthiant cyrydiad; Dargludedd thermol da a chyfernod ehangu llinol isel; Perfformiad proses gastio da; Sefydlogrwydd strwythurol tymor hir, dim gwaddodiad cyfnod TCP ar dymheredd gwasanaeth. Mae'r aloi a gymhwysir yn mynd trwy bedwar cam; Mae cymwysiadau aloi anffurfiedig yn cynnwys GH4033, GH4143, GH4118, ac ati; Mae cymhwysiad aloi castio yn cynnwys K403, K417, K418, K405, aur wedi'i solidoli'n gyfeiriadol DZ4, DZ22, aloi grisial sengl DD3, DD8, PW1484, ac ati. Ar hyn o bryd, mae wedi datblygu i'r drydedd genhedlaeth o aloion grisial sengl. Defnyddir aloi grisial sengl Tsieina DD3 a DD8 yn y drefn honno mewn tyrbinau, peiriannau turbofan, hofrenyddion ac injans llongau Tsieina.
3. Aloi tymheredd uchel ar gyfer disg tyrbin
Disg y tyrbin yw'r rhan beryn cylchdroi sydd dan y straen mwyaf yn yr injan tyrbin. Mae tymheredd gweithio fflans olwyn yr injan gyda'r gymhareb pwysau gwthiad o 8 a 10 yn cyrraedd 650 ℃ a 750 ℃, ac mae tymheredd canol yr olwyn tua 300 ℃, gyda gwahaniaeth tymheredd mawr. Yn ystod cylchdro arferol, mae'n gyrru'r llafn i gylchdroi ar gyflymder uchel ac yn dwyn y grym allgyrchol mwyaf, straen thermol a straen dirgryniad. Mae pob cychwyn a stop yn gylchred, canol yr olwyn. Mae'r gwddf, gwaelod y rhigol a'r ymyl i gyd yn dwyn straen cyfansawdd gwahanol. Mae'n ofynnol i'r aloi fod â'r cryfder cynnyrch uchaf, caledwch effaith a dim sensitifrwydd rhic ar y tymheredd gwasanaeth; Cyfernod ehangu llinol isel; Gwrthiant ocsideiddio a chorydiad penodol; Perfformiad torri da.
4. Superaloi awyrofod
Defnyddir yr uwch-aloi yn yr injan roced hylif fel panel chwistrellwr tanwydd y siambr hylosgi yn y siambr gwthiad; penelin pwmp tyrbin, fflans, clymwr llyw graffit, ac ati. Defnyddir aloi tymheredd uchel mewn injan roced hylif fel panel chwistrellwr siambr tanwydd yn y siambr gwthiad; penelin pwmp tyrbin, fflans, clymwr llyw graffit, ac ati. Defnyddir GH4169 fel deunydd rotor tyrbin, siafft, llewys siafft, clymwr a rhannau dwyn pwysig eraill.
Mae deunyddiau rotor tyrbin injan roced hylif Americanaidd yn cynnwys pibell fewnfa, llafn tyrbin a disg yn bennaf. Defnyddir aloi GH1131 yn bennaf yn Tsieina, ac mae llafn y tyrbin yn dibynnu ar y tymheredd gweithio. Dylid defnyddio Inconel x, Alloy713c, Astroloy a Mar-M246 yn olynol; Mae deunyddiau disg yr olwyn yn cynnwys Inconel 718, Waspaloy, ac ati. Defnyddir tyrbinau integredig GH4169 a GH4141 yn bennaf, a defnyddir GH2038A ar gyfer siafft yr injan.