მაღალი ტემპერატურის შენადნობას ასევე უწოდებენ სითბოს სიძლიერის შენადნობას. მატრიცის სტრუქტურის მიხედვით, მასალები შეიძლება დაიყოს სამ კატეგორიად: რკინაზე დაფუძნებული ნიკელის და ქრომის საფუძველზე. წარმოების რეჟიმის მიხედვით, იგი შეიძლება დაიყოს დეფორმირებულ სუპერშენადნობად და ჩამოსხმულ სუპერშენადნობად.
ის შეუცვლელი ნედლეულია კოსმოსურ სფეროში. ეს არის საკვანძო მასალა საჰაერო კოსმოსური და საავიაციო წარმოების ძრავების მაღალი ტემპერატურის ნაწილისთვის. იგი ძირითადად გამოიყენება წვის კამერის, ტურბინის დანის, სახელმძღვანელო პირის, კომპრესორისა და ტურბინის დისკის, ტურბინის კორპუსის და სხვა ნაწილების წარმოებისთვის. მომსახურების ტემპერატურის დიაპაზონი არის 600 ℃ - 1200 ℃. სტრესი და გარემო პირობები განსხვავდება გამოყენებული ნაწილების მიხედვით. არსებობს მკაცრი მოთხოვნები შენადნობის მექანიკურ, ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებზე. ეს არის გადამწყვეტი ფაქტორი ძრავის მუშაობის, საიმედოობისა და სიცოცხლისთვის. აქედან გამომდინარე, სუპერშენადნობი განვითარებულ ქვეყნებში აერონავტიკისა და ეროვნული თავდაცვის სფეროებში ერთ-ერთი მთავარი კვლევითი პროექტია.
სუპერშენადნობების ძირითადი გამოყენებაა:
1. მაღალი ტემპერატურის შენადნობი წვის კამერისთვის
საავიაციო ტურბინის ძრავის წვის კამერა (ასევე ცნობილი როგორც ალი ტუბი) არის ერთ-ერთი მთავარი მაღალი ტემპერატურის კომპონენტი. მას შემდეგ, რაც საწვავის ატომიზაცია, ნავთობისა და გაზის შერევა და სხვა პროცესები ტარდება წვის პალატაში, მაქსიმალური ტემპერატურა წვის პალატაში შეიძლება მიაღწიოს 1500 ℃ - 2000 ℃, ხოლო კედლის ტემპერატურა წვის პალატაში შეიძლება მიაღწიოს 1100 ℃. ამავდროულად, ის ასევე ატარებს თერმულ სტრესს და გაზის სტრესს. ძრავების უმეტესობა მაღალი ბიძგის/წონის თანაფარდობით იყენებს წვის წვის კამერებს, რომლებსაც აქვთ მოკლე სიგრძე და მაღალი სითბოს ტევადობა. მაქსიმალური ტემპერატურა წვის პალატაში აღწევს 2000 ℃, ხოლო კედლის ტემპერატურა აღწევს 1150 ℃ გაზის ფირის ან ორთქლის გაგრილების შემდეგ. ტემპერატურის დიდი გრადიენტები სხვადასხვა ნაწილებს შორის წარმოქმნის თერმულ სტრესს, რომელიც მკვეთრად მოიმატებს და დაეცემა სამუშაო მდგომარეობის შეცვლისას. მასალა ექვემდებარება თერმულ შოკს და თერმული დაღლილობის დატვირთვას და იქნება დამახინჯება, ბზარები და სხვა ხარვეზები. ზოგადად, წვის კამერა დამზადებულია ფურცლის შენადნობისგან და ტექნიკური მოთხოვნები შეჯამებულია შემდეგნაირად, კონკრეტული ნაწილების მომსახურების პირობების მიხედვით: მას აქვს გარკვეული ჟანგვის წინააღმდეგობა და გაზის კოროზიის წინააღმდეგობა მაღალი ტემპერატურის შენადნობისა და გაზის გამოყენების პირობებში; მას აქვს გარკვეული მყისიერი და გამძლეობა, თერმული დაღლილობის შესრულება და გაფართოების დაბალი კოეფიციენტი; მას აქვს საკმარისი პლასტიურობა და შედუღების უნარი დამუშავების, ფორმირებისა და შეერთების უზრუნველსაყოფად; მას აქვს კარგი ორგანიზაციული სტაბილურობა თერმული ციკლის პირობებში, რათა უზრუნველყოს საიმედო მუშაობა მომსახურების ვადის განმავლობაში.
ა. MA956 შენადნობის ფოროვანი ლამინატი
ადრეულ ეტაპზე, ფოროვანი ლამინატი მზადდებოდა HS-188 შენადნობის ფურცლისგან დიფუზიური შემაკავშირებლის საშუალებით, გადაღების, ამოკვეთის, ღარში და მუშტის შემდეგ. შიდა ფენა შეიძლება გადაკეთდეს იდეალურ გაგრილების არხად, დიზაინის მოთხოვნების შესაბამისად. ამ სტრუქტურის გაგრილებას სჭირდება ტრადიციული ფირის გაგრილების გამაგრილებელი აირის მხოლოდ 30%, რომელსაც შეუძლია გააუმჯობესოს ძრავის თერმული ციკლის ეფექტურობა, შეამციროს წვის კამერის მასალის რეალური სითბოს ტარების მოცულობა, შეამციროს წონა და გაზარდოს ბიძგების წონა. თანაფარდობა. ამჟამად, ჯერ კიდევ აუცილებელია ძირითადი ტექნოლოგიის გარღვევა, სანამ ის პრაქტიკულ გამოყენებაში იქნება შესაძლებელი. MA956-ისგან დამზადებული ფოროვანი ლამინატი არის შეერთებული შტატების მიერ შემოტანილი წვის კამერის ახალი თაობის მასალა, რომლის გამოყენება შესაძლებელია 1300 ℃ ტემპერატურაზე.
ბ. კერამიკული კომპოზიტების გამოყენება წვის კამერაში
შეერთებულმა შტატებმა დაიწყო გაზის ტურბინებისთვის კერამიკის გამოყენების მიზანშეწონილობის შემოწმება 1971 წლიდან. 1983 წელს, ზოგიერთმა ჯგუფმა, რომელიც ჩართული იყო მოწინავე მასალების შემუშავებაში შეერთებულ შტატებში, ჩამოაყალიბა შესრულების ინდიკატორების სერია მოწინავე თვითმფრინავებში გამოყენებული გაზის ტურბინებისთვის. ეს მაჩვენებლებია: ტურბინის შესასვლელი ტემპერატურის გაზრდა 2200 ℃-მდე; მოქმედებენ ქიმიური გაანგარიშების წვის მდგომარეობაში; ამ ნაწილებზე გამოყენებული სიმკვრივის შემცირება 8გ/სმ3-დან 5გ/სმ3-მდე; გააუქმეთ კომპონენტების გაგრილება. ამ მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად, შესწავლილი მასალები მოიცავს გრაფიტს, ლითონის მატრიცას, კერამიკული მატრიცის კომპოზიტებს და მეტათაშორის ნაერთებს ერთფაზიანი კერამიკის გარდა. კერამიკული მატრიცის კომპოზიტებს (CMC) აქვთ შემდეგი უპირატესობები:
კერამიკული მასალის გაფართოების კოეფიციენტი გაცილებით მცირეა, ვიდრე ნიკელზე დაფუძნებული შენადნობის, ხოლო საფარი ადვილად იშლება. შუალედური ლითონის თექათ კერამიკული კომპოზიტების დამზადებამ შეიძლება დაძლიოს გაფცქვნას დეფექტი, რომელიც არის წვის კამერის მასალების განვითარების მიმართულება. ამ მასალის გამოყენება შესაძლებელია 10% - 20% გაგრილების ჰაერით, ხოლო ლითონის უკანა იზოლაციის ტემპერატურა მხოლოდ დაახლოებით 800 ℃ა, ხოლო სითბოს ტარების ტემპერატურა გაცილებით დაბალია, ვიდრე განსხვავებული გაგრილებისა და ფირის გაგრილების ტემპერატურა. ჩამოსხმული სუპერშენადნობი B1900+კერამიკული საფარის დამცავი ფილა გამოიყენება V2500 ძრავში და განვითარების მიმართულებაა B1900 (კერამიკული საფარით) ფილის შეცვლა SiC-ზე დაფუძნებული კომპოზიტით ან ანტიოქსიდანტური C/C კომპოზიტით. კერამიკული მატრიცის კომპოზიტი არის ძრავის წვის კამერის განვითარების მასალა 15-20 დისტანციური წონის თანაფარდობით და მისი მომსახურების ტემპერატურაა 1538 ℃ - 1650 ℃. იგი გამოიყენება ცეცხლის მილის, მცურავი კედლისა და შემდგომი დამწვრობისთვის.
2. მაღალი ტემპერატურის შენადნობი ტურბინისთვის
აეროძრავის ტურბინის დანა არის ერთ-ერთი კომპონენტი, რომელიც ატარებს ყველაზე მძიმე ტემპერატურულ დატვირთვას და ყველაზე უარეს სამუშაო გარემოს აეროძრავაში. მან უნდა გაუძლოს ძალიან დიდ და რთულ სტრესს მაღალ ტემპერატურაზე, ამიტომ მისი მატერიალური მოთხოვნები ძალიან მკაცრია. აერო-ძრავის ტურბინის პირების სუპერშენადნობები იყოფა:
ა.მაღალი ტემპერატურის შენადნობი სახელმძღვანელოსთვის
დეფლექტორი არის ტურბინის ძრავის ერთ-ერთი ნაწილი, რომელზეც ყველაზე მეტად მოქმედებს სითბო. როდესაც წვის პალატაში ხდება არათანაბარი წვა, პირველი საფეხურის გზამკვლევი ფლოტის გამაცხელებელი დატვირთვა დიდია, რაც არის წამყვანი ფანჯრის დაზიანების ძირითადი მიზეზი. მისი მომსახურების ტემპერატურა დაახლოებით 100 ℃ უფრო მაღალია, ვიდრე ტურბინის დანა. განსხვავება ისაა, რომ სტატიკური ნაწილები არ ექვემდებარება მექანიკურ დატვირთვას. ჩვეულებრივ, ადვილია გამოიწვიოს თერმული სტრესის, დამახინჯების, თერმული დაღლილობის ბზარი და ადგილობრივი დამწვრობა, რომელიც გამოწვეულია ტემპერატურის სწრაფი ცვლილებით. წინამორბედი ფირის შენადნობას უნდა ჰქონდეს შემდეგი თვისებები: საკმარისი მაღალი ტემპერატურის სიმტკიცე, მუდმივი მცოცავი და კარგი თერმული დაღლილობის შესრულება, მაღალი ჟანგვის წინააღმდეგობა და თერმული კოროზიის შესრულება, თერმული სტრესისა და ვიბრაციის წინააღმდეგობა, მოსახვევის დეფორმაციის უნარი, ჩამოსხმის პროცესის ჩამოსხმის კარგი შესრულება და შედუღება. და საფარის დაცვის შესრულება.
ამჟამად, ყველაზე მოწინავე ძრავები მაღალი ბიძგის/წონის თანაფარდობით იყენებენ ღრუ ჩამოსხმის პირებს და შერჩეულია მიმართული და ერთკრისტალური ნიკელის დაფუძნებული სუპერშენადნობები. ძრავას მაღალი ბიძგი-წონის თანაფარდობით აქვს მაღალი ტემპერატურა 1650 ℃ - 1930 ℃ და უნდა იყოს დაცული თბოიზოლაციის საფარით. დანის შენადნობის მომსახურების ტემპერატურა გაგრილებისა და საფარის დაცვის პირობებში არის 1100 ℃-ზე მეტი, რაც აყენებს ახალ და უფრო მაღალ მოთხოვნებს სახელმძღვანელოს დანა მასალის ტემპერატურული სიმკვრივის ღირებულებაზე მომავალში.
ბ. სუპერშენადნობები ტურბინის პირებისთვის
ტურბინის პირები აეროძრავების მთავარი სითბოს მბრუნავი ნაწილებია. მათი მუშაობის ტემპერატურა 50 ℃ - 100 ℃ დაბალია, ვიდრე სახელმძღვანელო პირები. ისინი ატარებენ დიდ ცენტრიდანულ სტრესს, ვიბრაციულ სტრესს, თერმული სტრესს, ჰაერის ნაკადის გაწმენდას და სხვა ეფექტებს ბრუნვისას და სამუშაო პირობები ცუდია. მაღალი ბიძგების/წონის თანაფარდობის მქონე ძრავის ცხელი ბოლო კომპონენტების მომსახურების ვადა 2000 სთ-ზე მეტია. აქედან გამომდინარე, ტურბინის პირის შენადნობას უნდა ჰქონდეს მაღალი ცოცვის წინააღმდეგობა და რღვევის სიძლიერე სამუშაო ტემპერატურაზე, კარგი მაღალი და საშუალო ტემპერატურის ყოვლისმომცველი თვისებები, როგორიცაა მაღალი და დაბალი ციკლის დაღლილობა, ცივი და ცხელი დაღლილობა, საკმარისი პლასტიურობა და დარტყმის სიმტკიცე და ჭრილობის მგრძნობელობა; მაღალი ჟანგვის წინააღმდეგობა და კოროზიის წინააღმდეგობა; კარგი თბოგამტარობა და ხაზოვანი გაფართოების დაბალი კოეფიციენტი; ჩამოსხმის პროცესის კარგი შესრულება; გრძელვადიანი სტრუქტურული სტაბილურობა, არ არის TCP ფაზის ნალექი სამსახურის ტემპერატურაზე. გამოყენებული შენადნობი გადის ოთხ ეტაპს; დეფორმირებული შენადნობის აპლიკაციებში შედის GH4033, GH4143, GH4118 და ა.შ. ჩამოსხმის შენადნობის გამოყენებას მიეკუთვნება K403, K417, K418, K405, მიმართულებით გამყარებული ოქრო DZ4, DZ22, ერთკრისტალური შენადნობი DD3, DD8, PW1484 და ა.შ. ამჟამად ის განვითარებულია ერთკრისტალური შენადნობების მესამე თაობამდე. ჩინეთის ერთკრისტალური შენადნობი DD3 და DD8 შესაბამისად გამოიყენება ჩინეთის ტურბინებში, ტურბოფენის ძრავებში, ვერტმფრენებში და გემების ძრავებში.
3. მაღალი ტემპერატურის შენადნობი ტურბინის დისკისთვის
ტურბინის დისკი არის ტურბინის ძრავის ყველაზე დაძაბული მბრუნავი ტარების ნაწილი. ძრავის ბორბლის ფლანგის სამუშაო ტემპერატურა 8 და 10 ბიძგის წონის თანაფარდობით აღწევს 650 ℃ და 750 ℃, ხოლო ბორბლის ცენტრის ტემპერატურა დაახლოებით 300 ℃, დიდი ტემპერატურის სხვაობით. ნორმალური ბრუნვის დროს ის უბიძგებს დანის ბრუნვას მაღალი სიჩქარით და ატარებს მაქსიმალურ ცენტრიდანულ ძალას, თერმული სტრესს და ვიბრაციის სტრესს. თითოეული დაწყება და გაჩერება არის ციკლი, ბორბლის ცენტრი. ყელი, ღარის ქვედა ნაწილი და რგოლი ატარებს სხვადასხვა კომპოზიციურ სტრესს. შენადნობს უნდა ჰქონდეს მაქსიმალური მოსავლიანობის სიმტკიცე, ზემოქმედების სიმტკიცე და არანაკლები მგრძნობელობა მომსახურების ტემპერატურაზე; დაბალი ხაზოვანი გაფართოების კოეფიციენტი; გარკვეული ჟანგვის და კოროზიის წინააღმდეგობა; კარგი ჭრის შესრულება.
4. კოსმოსური სუპერშენადნობი
თხევადი სარაკეტო ძრავის სუპერშენადნობი გამოიყენება, როგორც წვის კამერის საწვავის ინჟექტორის პანელი ბიძგების კამერაში; ტურბინის ტუმბოს იდაყვი, ფლანგა, გრაფიტის საჭის შესაკრავი და ა.შ. მაღალი ტემპერატურის შენადნობი თხევადი სარაკეტო ძრავაში გამოიყენება როგორც საწვავის კამერის ინჟექტორული პანელი ბიძგების კამერაში; ტურბინის ტუმბოს იდაყვი, ფლანგა, გრაფიტის საჭის შესაკრავი და ა.შ. GH4169 გამოიყენება როგორც ტურბინის როტორის, ლილვის, ლილვის ყდის, შესაკრავის და სხვა მნიშვნელოვანი საყრდენი ნაწილების მასალად.
ამერიკული თხევადი სარაკეტო ძრავის ტურბინის როტორის მასალებს ძირითადად მიეკუთვნება შემშვები მილი, ტურბინის დანა და დისკი. GH1131 შენადნობი ძირითადად გამოიყენება ჩინეთში, ხოლო ტურბინის დანა დამოკიდებულია სამუშაო ტემპერატურაზე. თანმიმდევრულად უნდა იქნას გამოყენებული Inconel x, Alloy713c, Astroloy და Mar-M246; ბორბლის დისკის მასალები მოიცავს Inconel 718, Waspaloy და ა.შ. GH4169 და GH4141 ინტეგრალური ტურბინები ძირითადად გამოიყენება, ხოლო GH2038A გამოიყენება ძრავის ლილვისთვის.