მაღალტემპერატურულ შენადნობს ასევე თბოგამძლე შენადნობს უწოდებენ. მატრიცული სტრუქტურის მიხედვით, მასალები შეიძლება დაიყოს სამ კატეგორიად: რკინის, ნიკელის და ქრომის ბაზაზე დამზადებული. წარმოების რეჟიმის მიხედვით, ის შეიძლება დაიყოს დეფორმირებულ და ჩამოსხმულ სუპერშენადნობად.
ის შეუცვლელი ნედლეულია აერონავტიკის სფეროში. ის წარმოადგენს აერონავტიკისა და ავიაციის წარმოების ძრავების მაღალტემპერატურული ნაწილის ძირითად მასალას. იგი ძირითადად გამოიყენება წვის კამერის, ტურბინის პირების, გამტარი პირების, კომპრესორისა და ტურბინის დისკის, ტურბინის კორპუსის და სხვა ნაწილების დასამზადებლად. სამუშაო ტემპერატურის დიაპაზონია 600 ℃ - 1200 ℃. დაძაბულობა და გარემო პირობები განსხვავდება გამოყენებული ნაწილების მიხედვით. შენადნობის მექანიკური, ფიზიკური და ქიმიური თვისებების მიმართ მკაცრი მოთხოვნები არსებობს. ეს არის გადამწყვეტი ფაქტორი ძრავის მუშაობის, საიმედოობისა და სიცოცხლის ხანგრძლივობისთვის. ამიტომ, სუპერშენადნობი წარმოადგენს ერთ-ერთ მთავარ კვლევით პროექტს აერონავტიკისა და ეროვნული თავდაცვის სფეროებში განვითარებულ ქვეყნებში.
სუპერშენადნობების ძირითადი გამოყენებაა:
1. მაღალი ტემპერატურის შენადნობი წვის კამერისთვის
საავიაციო ტურბინის ძრავის წვის კამერა (ასევე ცნობილი როგორც ალის მილი) მაღალტემპერატურულ კომპონენტებს შორის ერთ-ერთი მთავარი კომპონენტია. ვინაიდან საწვავის ატომიზაცია, ზეთისა და გაზის შერევა და სხვა პროცესები წვის კამერაში ხორციელდება, წვის კამერაში მაქსიმალური ტემპერატურა შეიძლება 1500 ℃ - 2000 ℃-ს მიაღწიოს, ხოლო წვის კამერაში კედლის ტემპერატურამ შეიძლება 1100 ℃-ს მიაღწიოს. ამავდროულად, ის ასევე განიცდის თერმულ და გაზის სტრესს. მაღალი ბიძგის/წონის თანაფარდობის მქონე ძრავების უმეტესობა იყენებს რგოლისებრ წვის კამერებს, რომლებსაც აქვთ მოკლე სიგრძე და მაღალი სითბოტევადობა. წვის კამერაში მაქსიმალური ტემპერატურა 2000 ℃-ს აღწევს, ხოლო კედლის ტემპერატურა 1150 ℃-ს გაზის აპკით ან ორთქლით გაგრილების შემდეგ. სხვადასხვა ნაწილს შორის დიდი ტემპერატურის გრადიენტები წარმოქმნის თერმულ სტრესს, რომელიც მკვეთრად იზრდება და ეცემა სამუშაო მდგომარეობის შეცვლისას. მასალა ექვემდებარება თერმულ შოკს და თერმული დაღლილობის დატვირთვას, რაც გამოიწვევს დეფორმაციას, ბზარებს და სხვა დეფექტებს. როგორც წესი, წვის კამერა დამზადებულია ფურცლოვანი შენადნობისგან და ტექნიკური მოთხოვნები შეჯამებულია შემდეგნაირად კონკრეტული ნაწილების მომსახურების პირობების მიხედვით: მას აქვს გარკვეული დაჟანგვისადმი მდგრადობა და გაზის კოროზიისადმი მდგრადობა მაღალი ტემპერატურის შენადნობისა და გაზის გამოყენების პირობებში; მას აქვს გარკვეული მყისიერი და გამძლეობის სიმტკიცე, თერმული დაღლილობის მახასიათებლები და დაბალი გაფართოების კოეფიციენტი; მას აქვს საკმარისი პლასტიურობა და შედუღების უნარი დამუშავების, ფორმირებისა და შეერთების უზრუნველსაყოფად; მას აქვს კარგი ორგანიზაციული სტაბილურობა თერმული ციკლის დროს, რათა უზრუნველყოს საიმედო მუშაობა მომსახურების ვადის განმავლობაში.
ა. MA956 შენადნობის ფოროვანი ლამინატი
ადრეულ ეტაპზე, ფოროვანი ლამინატი დამზადდა HS-188 შენადნობის ფურცლისგან დიფუზიური შეერთებით, ფოტოგრაფირების, გრავირების, ღარების და პერფორაციის შემდეგ. შიდა ფენა შეიძლება იდეალურ გამაგრილებელ არხად გადაკეთდეს დიზაინის მოთხოვნების შესაბამისად. ამ სტრუქტურის გაგრილებისთვის საჭიროა ტრადიციული ფირის გაგრილების გამაგრილებელი აირის მხოლოდ 30%, რაც აუმჯობესებს ძრავის თერმული ციკლის ეფექტურობას, ამცირებს წვის კამერის მასალის ფაქტობრივ სითბოს ტარების უნარს, ამცირებს წონას და ზრდის ბიძგისა და წონის თანაფარდობას. ამჟამად, პრაქტიკული გამოყენებისთვის ჯერ კიდევ აუცილებელია ძირითადი ტექნოლოგიის დანერგვა. MA956-ისგან დამზადებული ფოროვანი ლამინატი წარმოადგენს წვის კამერის მასალის ახალ თაობას, რომელიც შეერთებულ შტატებში იქნა წარმოდგენილი და რომლის გამოყენებაც შესაძლებელია 1300 ℃ ტემპერატურაზე.
ბ. კერამიკული კომპოზიტების გამოყენება წვის კამერაში
შეერთებულმა შტატებმა გაზის ტურბინებისთვის კერამიკის გამოყენების მიზანშეწონილობის შემოწმება 1971 წლიდან დაიწყო. 1983 წელს შეერთებულ შტატებში მოწინავე მასალების შემუშავებით დაკავებულმა ზოგიერთმა ჯგუფმა შეიმუშავა მოწინავე თვითმფრინავებში გამოყენებული გაზის ტურბინების მუშაობის ინდიკატორების სერია. ეს ინდიკატორებია: ტურბინის შესასვლელი ტემპერატურის გაზრდა 2200 ℃-მდე; ქიმიური გაანგარიშების წვის მდგომარეობაში მუშაობა; ამ ნაწილებზე გამოყენებული სიმკვრივის შემცირება 8 გ/სმ3-დან 5 გ/სმ3-მდე; კომპონენტების გაგრილების გაუქმება. ამ მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად, ერთფაზიანი კერამიკის გარდა, შესწავლილი მასალები მოიცავს გრაფიტს, ლითონის მატრიცას, კერამიკული მატრიცის კომპოზიტებს და ინტერმეტალურ ნაერთებს. კერამიკული მატრიცის კომპოზიტებს (CMC) აქვთ შემდეგი უპირატესობები:
კერამიკული მასალის გაფართოების კოეფიციენტი გაცილებით მცირეა ნიკელის ბაზაზე დამზადებული შენადნობისას და საფარი ადვილად იშლება. კერამიკული კომპოზიტების დამზადება შუალედური ლითონის თექით შეიძლება აღმოიფხვრას აქერცვლის დეფექტი, რაც წვის კამერის მასალების განვითარების მიმართულებას წარმოადგენს. ეს მასალა შეიძლება გამოყენებულ იქნას 10%-20%-იანი გამაგრილებელი ჰაერით, ხოლო ლითონის უკანა იზოლაციის ტემპერატურა მხოლოდ დაახლოებით 800 ℃-ია, ხოლო სითბოს ტარების ტემპერატურა გაცილებით დაბალია, ვიდრე დივერგენტული გაგრილებისა და ფირის გაგრილებისთვის. V2500 ძრავში გამოიყენება B1900+ კერამიკული საფარის დამცავი ფილა, ხოლო განვითარების მიმართულებაა B1900 (კერამიკული საფარით) ფილა ჩანაცვლდეს SiC-ზე დაფუძნებული კომპოზიტით ან ანტიოქსიდანტური C/C კომპოზიტით. კერამიკული მატრიცული კომპოზიტი არის ძრავის წვის კამერის განვითარების მასალა 15-20 ბიძგის წონის თანაფარდობით და მისი სამუშაო ტემპერატურაა 1538 ℃ - 1650 ℃. იგი გამოიყენება ალის მილისთვის, მცურავი კედლისთვის და შემდგომი წვისთვის.
2. ტურბინისთვის განკუთვნილი მაღალი ტემპერატურის შენადნობი
აეროძრავის ტურბინის პირი ერთ-ერთი კომპონენტია, რომელიც აეროძრავში ყველაზე მძიმე ტემპერატურულ დატვირთვას და ყველაზე ცუდ სამუშაო გარემოს უძლებს. მაღალი ტემპერატურის პირობებში მას ძალიან დიდი და რთული დაძაბულობის ატანა უწევს, ამიტომ მისი მასალის მოთხოვნები ძალიან მკაცრია. აეროძრავის ტურბინის პირებისთვის განკუთვნილი სუპერშენადნობები იყოფა:
ა. მაღალი ტემპერატურის შენადნობი გიდისთვის
დეფლექტორი ტურბინის ძრავის ერთ-ერთი ნაწილია, რომელიც ყველაზე მეტად განიცდის სითბოს ზემოქმედებას. როდესაც წვის კამერაში არათანაბარი წვა ხდება, პირველი საფეხურის გამტარი ფრთის გათბობის დატვირთვა დიდია, რაც გამტარი ფრთის დაზიანების მთავარი მიზეზია. მისი სამუშაო ტემპერატურა დაახლოებით 100 ℃-ით მეტია ტურბინის ფრთის ტემპერატურაზე. განსხვავება ისაა, რომ სტატიკური ნაწილები არ ექვემდებარება მექანიკურ დატვირთვას. როგორც წესი, ტემპერატურის სწრაფი ცვლილებით ადვილად შეიძლება გამოიწვიოს თერმული სტრესი, დეფორმაცია, თერმული დაღლილობის ბზარი და ადგილობრივი დამწვრობა. გამტარი ფრთის შენადნობს უნდა ჰქონდეს შემდეგი თვისებები: საკმარისი სიმტკიცე მაღალ ტემპერატურაზე, მუდმივი ცოცვისადმი გამძლეობა და კარგი თერმული დაღლილობისადმი გამძლეობა, მაღალი დაჟანგვისადმი მდგრადობა და თერმული კოროზიისადმი გამძლეობა, თერმული სტრესისა და ვიბრაციისადმი მდგრადობა, მოხრისა და დეფორმაციის უნარი, კარგი ჩამოსხმის პროცესის ჩამოსხმისადმი გამძლეობა და შედუღების უნარი, და საფარის დაცვის მახასიათებლები.
ამჟამად, მაღალი ბიძგის/წონის თანაფარდობის მქონე ყველაზე მოწინავე ძრავები იყენებენ ღრუ ჩამოსხმულ პირებს, ხოლო შერჩეულია მიმართულებითი და ერთკრისტალური ნიკელის ბაზაზე დამზადებული სუპერშენადნობები. მაღალი ბიძგის-წონის თანაფარდობის მქონე ძრავას აქვს 1650 ℃ - 1930 ℃ მაღალი ტემპერატურა და საჭიროებს დაცვას თბოიზოლაციის საფარით. პირის შენადნობის სამუშაო ტემპერატურა გაგრილების და საფარის დაცვის პირობებში 1100 ℃-ზე მეტია, რაც მომავალში ახალი და უფრო მაღალი მოთხოვნების წინაშე აყენებს სახელმძღვანელო პირის მასალის ტემპერატურული სიმკვრივის ღირებულებას.
ბ. ტურბინის ფრთებისთვის განკუთვნილი სუპერშენადნობები
ტურბინის პირები ავიაძრავების ძირითადი სითბოს მატარებელი მბრუნავი ნაწილებია. მათი სამუშაო ტემპერატურა 50 ℃ - 100 ℃-ით დაბალია, ვიდრე მეგზური პირების. ისინი ბრუნვისას განიცდიან დიდ ცენტრიდანულ დაძაბულობას, ვიბრაციულ დაძაბულობას, თერმულ დაძაბულობას, ჰაერის ნაკადის ცვეთას და სხვა ეფექტებს და სამუშაო პირობები ცუდია. ძრავის ცხელი ბოლო კომპონენტების მომსახურების ვადა მაღალი ბიძგის/წონის თანაფარდობით 2000 საათზე მეტია. ამიტომ, ტურბინის პირების შენადნობს უნდა ჰქონდეს მაღალი ცოცვისადმი წინააღმდეგობა და რღვევის სიმტკიცე მომსახურების ტემპერატურაზე, კარგი მაღალი და საშუალო ტემპერატურის ყოვლისმომცველი თვისებები, როგორიცაა მაღალი და დაბალი ციკლის დაღლილობა, ცივი და ცხელი დაღლილობა, საკმარისი პლასტიურობა და დარტყმისადმი სიმტკიცე, ასევე ჭრილისადმი მგრძნობელობა; მაღალი დაჟანგვისადმი წინააღმდეგობა და კოროზიისადმი წინააღმდეგობა; კარგი თბოგამტარობა და წრფივი გაფართოების დაბალი კოეფიციენტი; კარგი ჩამოსხმის პროცესის შესრულება; გრძელვადიანი სტრუქტურული სტაბილურობა, TCP ფაზის ნალექის არარსებობა მომსახურების ტემპერატურაზე. გამოყენებული შენადნობი გადის ოთხ ეტაპს; დეფორმირებული შენადნობის გამოყენება მოიცავს GH4033, GH4143, GH4118 და ა.შ. ჩამოსხმის შენადნობების გამოყენება მოიცავს K403, K417, K418, K405, მიმართულებით გამაგრებულ ოქროს DZ4, DZ22, ერთკრისტალურ შენადნობებს DD3, DD8, PW1484 და ა.შ. ამჟამად, ის განვითარდა ერთკრისტალური შენადნობების მესამე თაობამდე. ჩინეთის ერთკრისტალური შენადნობები DD3 და DD8 შესაბამისად გამოიყენება ჩინეთის ტურბინებში, ტურბოვენტილატორიან ძრავებში, ვერტმფრენებსა და გემის ძრავებში.
3. ტურბინის დისკისთვის განკუთვნილი მაღალი ტემპერატურის შენადნობი
ტურბინის დისკი ტურბინის ძრავის ყველაზე მეტად დატვირთული მბრუნავი საკისრის ნაწილია. ძრავის ბორბლის ფლანგის სამუშაო ტემპერატურა 8 და 10 ბიძგის წონის თანაფარდობით აღწევს 650 ℃-ს და 750 ℃-ს, ხოლო ბორბლის ცენტრის ტემპერატურა დაახლოებით 300 ℃-ია, დიდი ტემპერატურული სხვაობით. ნორმალური ბრუნვის დროს, ის აიძულებს პირს მაღალი სიჩქარით ბრუნოს და უძლებს მაქსიმალურ ცენტრიდანულ ძალას, თერმულ სტრესს და ვიბრაციულ სტრესს. თითოეული ჩართვა და გაჩერება ციკლია, ბორბლის ცენტრი. ყელი, ღარის ძირი და რგოლი სხვადასხვა კომპოზიტურ სტრესს განიცდის. შენადნობს უნდა ჰქონდეს უმაღლესი დენადობის ზღვარი, დარტყმისადმი სიმტკიცე და არ უნდა ჰქონდეს ჭრის მგრძნობელობა სამუშაო ტემპერატურაზე; დაბალი წრფივი გაფართოების კოეფიციენტი; გარკვეული დაჟანგვისა და კოროზიისადმი წინააღმდეგობა; კარგი ჭრის მახასიათებლები.
4. აერონავტიკის სუპერშენადნობი
თხევადი სარაკეტო ძრავის სუპერშენადნობი გამოიყენება წვის კამერის საწვავის ინჟექტორის პანელად ბიძგის კამერაში; ტურბინის ტუმბოს იდაყვი, ფლანგი, გრაფიტის საჭის შესაკრავი და ა.შ. თხევადი სარაკეტო ძრავის მაღალი ტემპერატურის შენადნობი გამოიყენება საწვავის კამერის ინჟექტორის პანელად ბიძგის კამერაში; ტურბინის ტუმბოს იდაყვი, ფლანგი, გრაფიტის საჭის შესაკრავი და ა.შ. GH4169 გამოიყენება ტურბინის როტორის, ლილვის, ლილვის ყდის, შესაკრავის და სხვა მნიშვნელოვანი საკისრების ნაწილების მასალად.
ამერიკული თხევადი საწვავის რაკეტის ძრავის ტურბინის როტორის მასალები ძირითადად მოიცავს შემშვები მილი, ტურბინის პირი და დისკი. GH1131 შენადნობი ძირითადად გამოიყენება ჩინეთში, ხოლო ტურბინის პირი დამოკიდებულია სამუშაო ტემპერატურაზე. Inconel x, Alloy713c, Astroloy და Mar-M246 უნდა იქნას გამოყენებული თანმიმდევრულად; ბორბლის დისკის მასალები მოიცავს Inconel 718, Waspaloy და ა.შ. ძირითადად გამოიყენება GH4169 და GH4141 ინტეგრალური ტურბინები, ხოლო ძრავის ლილვისთვის გამოიყენება GH2038A.