• head_banner_01

Αεροδιαστημική επιστήμη και τεχνολογία

Αεροδιαστημική επιστήμη και τεχνολογία

Το κράμα υψηλής θερμοκρασίας ονομάζεται επίσης κράμα θερμικής αντοχής.Σύμφωνα με τη δομή της μήτρας, τα υλικά μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: με βάση το νικέλιο με βάση το σίδηρο και το χρώμιο.Σύμφωνα με τον τρόπο παραγωγής, μπορεί να χωριστεί σε παραμορφωμένο υπερκράμα και χυτό υπερκράμα.

Είναι μια απαραίτητη πρώτη ύλη στον αεροδιαστημικό τομέα.Είναι το βασικό υλικό για το τμήμα υψηλής θερμοκρασίας των κινητήρων αεροναυπηγικής και αεροναυπηγικής κατασκευής.Χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή θαλάμου καύσης, λεπίδας στροβίλου, λεπίδας οδηγού, συμπιεστή και δίσκου στροβίλου, θήκης στροβίλου και άλλων εξαρτημάτων.Το εύρος θερμοκρασίας εξυπηρέτησης είναι 600 ℃ - 1200 ℃.Η καταπόνηση και οι περιβαλλοντικές συνθήκες ποικίλλουν ανάλογα με τα χρησιμοποιούμενα εξαρτήματα.Υπάρχουν αυστηρές απαιτήσεις για τις μηχανικές, φυσικές και χημικές ιδιότητες του κράματος.Είναι ο καθοριστικός παράγοντας για την απόδοση, την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής του κινητήρα.Ως εκ τούτου, το υπερκράμα είναι ένα από τα βασικά ερευνητικά έργα στους τομείς της αεροδιαστημικής και της εθνικής άμυνας στις ανεπτυγμένες χώρες.
Οι κύριες εφαρμογές των υπερκραμάτων είναι:

1. Κράμα υψηλής θερμοκρασίας για θάλαμο καύσης

Ο θάλαμος καύσης (γνωστός και ως σωλήνας φλόγας) του αεροστροβίλου κινητήρα είναι ένα από τα βασικά εξαρτήματα υψηλής θερμοκρασίας.Δεδομένου ότι η εξαέρωση καυσίμου, η ανάμειξη λαδιού και αερίου και άλλες διεργασίες πραγματοποιούνται στον θάλαμο καύσης, η μέγιστη θερμοκρασία στον θάλαμο καύσης μπορεί να φτάσει τους 1500 ℃ - 2000 ℃ και η θερμοκρασία τοιχώματος στον θάλαμο καύσης μπορεί να φτάσει τους 1100 ℃.Ταυτόχρονα, φέρει επίσης θερμική καταπόνηση και πίεση αερίου.Οι περισσότεροι κινητήρες με υψηλή αναλογία ώσης/βάρους χρησιμοποιούν δακτυλιοειδείς θαλάμους καύσης, οι οποίοι έχουν μικρό μήκος και υψηλή θερμική ικανότητα.Η μέγιστη θερμοκρασία στο θάλαμο καύσης φτάνει τους 2000 ℃ και η θερμοκρασία του τοιχώματος φτάνει τους 1150 ℃ μετά από ψύξη μεμβράνης αερίου ή ατμού.Οι μεγάλες διαβαθμίσεις θερμοκρασίας μεταξύ των διαφόρων τμημάτων θα δημιουργήσουν θερμική καταπόνηση, η οποία θα αυξηθεί και θα μειωθεί απότομα όταν αλλάξει η κατάσταση λειτουργίας.Το υλικό θα υποστεί θερμικό σοκ και φορτίο θερμικής κόπωσης και θα υπάρχουν παραμορφώσεις, ρωγμές και άλλα σφάλματα.Γενικά, ο θάλαμος καύσης είναι κατασκευασμένος από κράμα φύλλων και οι τεχνικές απαιτήσεις συνοψίζονται ως εξής σύμφωνα με τις συνθήκες συντήρησης συγκεκριμένων εξαρτημάτων: έχει κάποια αντίσταση στην οξείδωση και αντοχή στη διάβρωση του αερίου υπό τις συνθήκες χρήσης κράματος και αερίου υψηλής θερμοκρασίας.Έχει κάποια στιγμιαία και αντοχή αντοχής, απόδοση θερμικής κόπωσης και χαμηλό συντελεστή διαστολής.Έχει αρκετή πλαστικότητα και ικανότητα συγκόλλησης για να εξασφαλίσει την επεξεργασία, τη διαμόρφωση και τη σύνδεση.Έχει καλή οργανωτική σταθερότητα κάτω από θερμικό κύκλο για να εξασφαλίσει αξιόπιστη λειτουργία κατά τη διάρκεια ζωής.

ένα.Πορώδες πολυστρωματικό κράμα MA956
Στο αρχικό στάδιο, το πορώδες έλασμα κατασκευάστηκε από φύλλο κράματος HS-188 με συγκόλληση διάχυσης αφού φωτογραφήθηκε, χαράχθηκε, αυλακώθηκε και τρυπήθηκε.Το εσωτερικό στρώμα μπορεί να γίνει ένα ιδανικό κανάλι ψύξης σύμφωνα με τις απαιτήσεις σχεδιασμού.Αυτή η ψύξη δομής χρειάζεται μόνο το 30% του αερίου ψύξης της παραδοσιακής ψύξης μεμβράνης, το οποίο μπορεί να βελτιώσει την απόδοση θερμικού κύκλου του κινητήρα, να μειώσει την πραγματική ικανότητα μεταφοράς θερμότητας του υλικού του θαλάμου καύσης, να μειώσει το βάρος και να αυξήσει το βάρος ώσης αναλογία.Προς το παρόν, είναι ακόμα απαραίτητο να ξεπεραστεί η βασική τεχνολογία προτού μπορέσει να χρησιμοποιηθεί στην πράξη.Το πορώδες laminate από MA956 είναι μια νέα γενιά υλικού θαλάμου καύσης που εισήχθη από τις Ηνωμένες Πολιτείες, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στους 1300 ℃.

σι.Εφαρμογή κεραμικών σύνθετων υλικών στον θάλαμο καύσης
Οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν αρχίσει να επαληθεύουν τη σκοπιμότητα χρήσης κεραμικών για αεριοστρόβιλους από το 1971. Το 1983, ορισμένες ομάδες που ασχολούνται με την ανάπτυξη προηγμένων υλικών στις Ηνωμένες Πολιτείες έχουν διατυπώσει μια σειρά δεικτών απόδοσης για αεριοστρόβιλους που χρησιμοποιούνται σε προηγμένα αεροσκάφη.Αυτοί οι δείκτες είναι: αύξηση της θερμοκρασίας εισόδου του στροβίλου στους 2200 ℃.Λειτουργία υπό την κατάσταση καύσης του χημικού υπολογισμού.Μειώστε την πυκνότητα που εφαρμόζεται σε αυτά τα μέρη από 8g/cm3 σε 5g/cm3.Ακυρώστε την ψύξη των εξαρτημάτων.Προκειμένου να ικανοποιηθούν αυτές οι απαιτήσεις, τα υλικά που μελετήθηκαν περιλαμβάνουν γραφίτη, μεταλλική μήτρα, σύνθετα υλικά κεραμικής μήτρας και διαμεταλλικές ενώσεις εκτός από τα μονοφασικά κεραμικά.Τα σύνθετα υλικά κεραμικής μήτρας (CMC) έχουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:
Ο συντελεστής διαστολής του κεραμικού υλικού είναι πολύ μικρότερος από εκείνον του κράματος με βάση το νικέλιο και η επίστρωση είναι εύκολο να αποκολληθεί.Η κατασκευή κεραμικών σύνθετων υλικών με ενδιάμεσο μεταλλικό πίλημα μπορεί να ξεπεράσει το ελάττωμα της απολέπισης, που είναι η κατεύθυνση ανάπτυξης των υλικών του θαλάμου καύσης.Αυτό το υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί με 10% - 20% αέρα ψύξης και η θερμοκρασία της μεταλλικής πίσω μόνωσης είναι μόνο περίπου 800 ℃ και η θερμοκρασία που φέρει θερμότητα είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή της αποκλίνουσας ψύξης και ψύξης μεμβράνης.Το προστατευτικό πλακίδιο από χυτό υπερκράμα B1900+κεραμική επίστρωση χρησιμοποιείται στον κινητήρα V2500 και η κατεύθυνση ανάπτυξης είναι να αντικατασταθεί το πλακίδιο B1900 (με κεραμική επίστρωση) με σύνθετο σύνθετο ή αντιοξειδωτικό C/C με βάση το SiC.Το σύνθετο κεραμικής μήτρας είναι το υλικό ανάπτυξης του θαλάμου καύσης κινητήρα με αναλογία βάρους ώσης 15-20 και η θερμοκρασία λειτουργίας του είναι 1538 ℃ - 1650 ℃.Χρησιμοποιείται για σωλήνα φλόγας, πλωτό τοίχο και μετακαυστήρα.

2. Κράμα υψηλής θερμοκρασίας για τουρμπίνα

Το πτερύγιο του αεροστρόβιλου κινητήρα είναι ένα από τα εξαρτήματα που φέρουν το πιο σοβαρό φορτίο θερμοκρασίας και το χειρότερο περιβάλλον εργασίας στον αεροκινητήρα.Πρέπει να αντέχει πολύ μεγάλες και σύνθετες καταπονήσεις σε υψηλή θερμοκρασία, επομένως οι απαιτήσεις του σε υλικά είναι πολύ αυστηρές.Τα υπερκράματα για πτερύγια τουρμπίνας αεροκινητήρων χωρίζονται σε:

1657175596157577

α. Κράμα υψηλής θερμοκρασίας για οδηγό
Ο εκτροπέας είναι ένα από τα μέρη του κινητήρα του στροβίλου που επηρεάζονται περισσότερο από τη θερμότητα.Όταν συμβαίνει ανομοιόμορφη καύση στο θάλαμο καύσης, το θερμικό φορτίο του πτερυγίου οδήγησης πρώτου σταδίου είναι μεγάλο, γεγονός που είναι ο κύριος λόγος για τη βλάβη του πτερυγίου οδήγησης.Η θερμοκρασία λειτουργίας του είναι περίπου 100 ℃ υψηλότερη από αυτή του πτερυγίου του στροβίλου.Η διαφορά είναι ότι τα στατικά μέρη δεν υπόκεινται σε μηχανικό φορτίο.Συνήθως, είναι εύκολο να προκληθεί θερμική καταπόνηση, παραμόρφωση, ρωγμή θερμικής κόπωσης και τοπικό έγκαυμα που προκαλείται από ταχεία αλλαγή θερμοκρασίας.Το κράμα οδηγών πτερυγίων πρέπει να έχει τις ακόλουθες ιδιότητες: επαρκή αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, μόνιμη απόδοση ερπυσμού και καλή απόδοση θερμικής κόπωσης, υψηλή αντοχή στην οξείδωση και απόδοση θερμικής διάβρωσης, αντίσταση θερμικής καταπόνησης και κραδασμούς, ικανότητα παραμόρφωσης κάμψης, καλή απόδοση χύτευσης και συγκολλησιμότητα στη διαδικασία χύτευσης. και απόδοση προστασίας επίστρωσης.
Προς το παρόν, οι περισσότεροι προηγμένοι κινητήρες με υψηλή αναλογία ώσης/βάρους χρησιμοποιούν κοίλες χυτές λεπίδες και επιλέγονται κατευθυντικά και μονοκρυστάλλινα υπερκράματα με βάση το νικέλιο.Ο κινητήρας με υψηλή αναλογία ώσης-βάρους έχει υψηλή θερμοκρασία 1650 ℃ - 1930 ℃ και πρέπει να προστατεύεται με θερμομονωτική επίστρωση.Η θερμοκρασία λειτουργίας του κράματος λεπίδας υπό συνθήκες ψύξης και προστασίας επίστρωσης είναι μεγαλύτερη από 1100 ℃, γεγονός που θέτει νέες και υψηλότερες απαιτήσεις για το κόστος πυκνότητας θερμοκρασίας του υλικού της λεπίδας οδηγού στο μέλλον.

σι.Υπερκράματα για πτερύγια τουρμπίνας
Τα πτερύγια του στροβίλου είναι τα βασικά περιστρεφόμενα μέρη των αεροκινητήρων που φέρουν θερμότητα.Η θερμοκρασία λειτουργίας τους είναι 50 ℃ - 100 ℃ χαμηλότερη από τις λεπίδες οδηγών.Υποφέρουν μεγάλη φυγόκεντρη καταπόνηση, καταπόνηση δόνησης, θερμική καταπόνηση, καθαρισμό ροής αέρα και άλλες επιδράσεις κατά την περιστροφή, και οι συνθήκες εργασίας είναι κακές.Η διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων hot end του κινητήρα με υψηλή αναλογία ώσης/βάρους είναι μεγαλύτερη από 2000h.Επομένως, το κράμα πτερυγίων του στροβίλου πρέπει να έχει υψηλή αντίσταση ερπυσμού και αντοχή σε θραύση στη θερμοκρασία λειτουργίας, καλές περιεκτικές ιδιότητες υψηλής και μέσης θερμοκρασίας, όπως κόπωση υψηλού και χαμηλού κύκλου, κόπωση από κρύο και ζεστό, επαρκή πλαστικότητα και αντοχή σε κρούση και ευαισθησία στις εγκοπές.Υψηλή αντοχή στην οξείδωση και αντοχή στη διάβρωση.Καλή θερμική αγωγιμότητα και χαμηλός συντελεστής γραμμικής διαστολής.Καλή απόδοση της διαδικασίας χύτευσης.Μακροπρόθεσμη δομική σταθερότητα, χωρίς κατακρήμνιση φάσης TCP στη θερμοκρασία λειτουργίας.Το εφαρμοζόμενο κράμα περνά από τέσσερα στάδια.Οι εφαρμογές παραμορφωμένων κραμάτων περιλαμβάνουν GH4033, GH4143, GH4118, κ.λπ.Η εφαρμογή του κράματος χύτευσης περιλαμβάνει K403, K417, K418, K405, κατευθυντικά στερεοποιημένο χρυσό DZ4, DZ22, κράμα μονοκρυστάλλου DD3, DD8, PW1484 κ.λπ. Προς το παρόν, έχει αναπτυχθεί στην τρίτη γενιά κραμάτων μονοκρυστάλλου.Τα μονοκρυσταλλικά κράματα DD3 και DD8 της Κίνας χρησιμοποιούνται αντίστοιχα σε τουρμπίνες, κινητήρες στροβιλοανεμιστήρα, ελικόπτερα και κινητήρες πλοίων της Κίνας.

3. Κράμα υψηλής θερμοκρασίας για δίσκο στροβίλου

Ο δίσκος του στροβίλου είναι το πιο καταπονημένο περιστρεφόμενο ρουλεμάν του κινητήρα του στροβίλου.Η θερμοκρασία λειτουργίας της φλάντζας του τροχού του κινητήρα με αναλογία βάρους ώσης 8 και 10 φτάνει τους 650 ℃ και 750 ℃ ​​και η θερμοκρασία του κέντρου του τροχού είναι περίπου 300 ℃, με μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας.Κατά τη διάρκεια της κανονικής περιστροφής, οδηγεί τη λεπίδα να περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα και φέρει τη μέγιστη φυγόκεντρη δύναμη, θερμική καταπόνηση και καταπόνηση δόνησης.Κάθε εκκίνηση και στάση είναι ένας κύκλος, κέντρο τροχού.Ο λαιμός, το αυλάκι και το χείλος φέρουν διαφορετικές σύνθετες τάσεις.Το κράμα απαιτείται να έχει την υψηλότερη αντοχή διαρροής, αντοχή σε κρούση και ευαισθησία χωρίς εγκοπή στη θερμοκρασία λειτουργίας.Χαμηλός γραμμικός συντελεστής διαστολής.Ορισμένη αντοχή στην οξείδωση και τη διάβρωση.Καλή απόδοση κοπής.

4. Υπερκράμα αεροδιαστημικής

Το υπερκράμα στον υγρό πυραυλικό κινητήρα χρησιμοποιείται ως πάνελ έγχυσης καυσίμου του θαλάμου καύσης στον θάλαμο ώσης.Γωνία αντλίας τουρμπίνας, φλάντζα, συνδετήρας πηδαλίου γραφίτη, κ.λπ.Γωνία αντλίας στροβίλου, φλάντζα, συνδετήρας πηδαλίου γραφίτη κ.λπ. Το GH4169 χρησιμοποιείται ως υλικό του ρότορα στροβίλου, του άξονα, του χιτωνίου άξονα, του συνδετήρα και άλλων σημαντικών εξαρτημάτων ρουλεμάν.

Τα υλικά ρότορα στροβίλου της αμερικανικής μηχανής υγρών πυραύλων περιλαμβάνουν κυρίως σωλήνα εισαγωγής, πτερύγιο στροβίλου και δίσκο.Το κράμα GH1131 χρησιμοποιείται κυρίως στην Κίνα και το πτερύγιο του στροβίλου εξαρτάται από τη θερμοκρασία λειτουργίας.Τα Inconel x, Alloy713c, Astroloy και Mar-M246 θα πρέπει να χρησιμοποιούνται διαδοχικά.Τα υλικά των δίσκων τροχών περιλαμβάνουν Inconel 718, Waspaloy, κ.λπ. Οι ενσωματωμένοι στρόβιλοι GH4169 και GH4141 χρησιμοποιούνται κυρίως και το GH2038A χρησιμοποιείται για τον άξονα του κινητήρα.