一.Supersulami kasutamine lennukimootorites
Turbiinmootori töövoog: Mootori käivitamisel siseneb õhk sisselaskeava kaudu kompressorisse, satub surve alla ja siseneb põlemiskambrisse, seguneb kütuse sissepritseotsiku poolt väljutatava kütusega, moodustab ühtlase segu ning süttib kiiresti ja põleb õhus. põlemiskambris toodab kõrge temperatuuriga gaasi, mis voolab läbi juhiku turbiini, ja turbiin pöörleb suurel kiirusel (tavaline kiirus võib ulatuda 1100 r/min) kõrge temperatuuri ja kõrgsurve gaasivoolu all. Turbiinist väljuv gaas juhitakse tõukejõu tekitamiseks sabadüüsist välja. Vibratsiooni, õhuvoolu erosiooni, eriti pöörlemisest põhjustatud tsentrifugaalefekti tõttu on õhusõiduki mootori kõrge temperatuuriga osad suurema pinge all, gaas sisaldab palju hapnikku, veeauru ja söövitavaid gaase nagu SO2, H2S , mis mängib rolli kõrge temperatuuriga osade oksüdatsioonis ja korrosioonis. Olgu tegemist sõjalennukiga, tsiviillennukiga, lisaks konstruktsioonilistele ja funktsionaalsetele jõudlustele, vaid ka ohutuse ja stabiilsuse nõudmine, nii et kaasaegsed mootorid lisaks kõrgele tõukejõu ja kaalu suhtele, kõrgele temperatuurile, kõrge rõhu suhtele ja muule jõudlusele on ranged töökindluse, vastupidavuse, hooldatavuse nõuded.
Supersulamil on kõrge termiline stabiilsus ja termiline tugevus ning sellel võib olla kõrgel temperatuuril hea korrosiooni- ja oksüdatsioonikindlus. See on oluline võtmematerjal lennukite turbiinmootorite kuuma otsa komponentide tootmiseks, mida kasutatakse peamiselt turbiini kuuma otsa komponentide, nimelt turbiini ketta, turbiini juhtlaba, turbiini töölaba, põlemiskambri ja järelpõleti komponentide valmistamisel. Kaasaegsetes täiustatud lennukimootorites moodustab supersulamist materjalide kogus 40%-60% kogu mootorist.
Põlemiskamber on mootori komponentide kõrgeima töötemperatuuri ala ja kui gaasi temperatuur põlemiskambris jõuab 1500-2000 kraadini C, võib kambri seinasulami temperatuur ulatuda 800–900 kraadini C ja kohalik temperatuur võib ulatuda 1100 kraadini C. Põlemiskambrina kasutatav sulam on allutatud termilisele pingele ja gaasilöögijõule, eriti õhkutõusmisel, kiirendamisel ja parkimisel, ning temperatuurimuutused on drastilisemad. Tsüklilise kuumutamise ja jahutamise tõttu tekivad põlemiskambri servades sageli deformatsioonid, kõverused ja termilise väsimuse praod.
Viimastel aastatel on suurem osa põlemiskambris kasutatud supersulamitest tahke lahusega tugevdatud sulamid, mis sisaldavad suurt hulka W, Mo, Nb ja muid tahke lahusega tugevdatud elemente, kõrge temperatuuri tugevust, head vormimis- ja keevitusjõudlust. Esinduslikud kaubamärgid on GH1140, GH3030, GH3039, GH3333, GH3018, GH3022, GH3044, GH3128, GH3170 ja nii edasi.
Juhttera on komponent, mis reguleerib põlemiskambrist väljuva gaasivoolu suunda, mida nimetatakse ka juhikuks. See on üks turbiinmootori osadest, mis on allutatud suurele termilisele mõjule. Eriti kui põlemiskamber ei ole ühtlane ja töö ei ole hea, allub juhtterale suurem soojuskoormus ja täiustatud turbiinmootori juhttera töötemperatuur võib ulatuda 1100 kraadini. Termopingetest põhjustatud moonutused, drastilistest temperatuurimuutustest põhjustatud termilised väsimuspraod ja lokaalsed põletused on töötavate juhtterade peamised vead.
Suurem osa juhtteradena kasutatavatest sulamitest on toodetud täppisvalamise teel ning sulamitele saab lisada rohkem W, Mo,Nb,Al,Ti ja muid tahke lahusega tugevdavaid ja vananemist tugevdavaid elemente ning C- ja B-sisaldust. sulamid on ka kõrgem kui deformeerunud kõrgtemperatuurilistel sulamitel. Mõned juhtterad on keevitatud ka otse vananemisega tugevdatud lehtedest. Täiustatud lennukimootorites kasutatakse enamasti õõnesvalu labasid, millel on hea jahutusefekt ja mis võivad tõsta töötemperatuuri. Koduse juhtlaba sulami kasutamise temperatuur võib ulatuda 000 ~ 1050 kraadini, tüüpiline K214 täppisvalusulam, K233, K406, K417, K403, K409, K408, K423B jne.
Mootori arendamise käigus, et tulla toime mootori turbiini ketta temperatuuri edasisele tõusule, on muutunud ka juhtlaba struktuur ning proovitakse kasutusele võtta GH5605 ja GH5188. Juhtterana kasutatakse deformeerunud supersulamist lehe keevitatud lamineeritud struktuuri.
Turbiinilabad on kõrge töötemperatuuri ja suure tsentrifugaalpinge, vibratsioonipinge, termilise pinge ja õhuvoolu erosioonijõuga lennukimootorite kõige raskemad komponendid pöörlemise ajal. Tera korpuse tõmbepinge on umbes 140 MPa ja tera juure keskmine pinge on 280-560 MPa. Tera korpuse ja juureosa temperatuur on vastavalt umbes 650-980 kraadi ja 760 kraadi. Täiustatud lennukimootori gaasi sisselasketemperatuur on jõudnud 1380 kraadini ja tõukejõud 226 kN. GH4033, GH4037 GH4143, GH4049, GH4151, GH4118, GH4220 jne tüüpilisi saab kasutada 750-950 kraadi ulatuses. Uute masinate väljatöötamisel ja vanade masinate modifitseerimisel kasutatakse turbiinilabade valmistamiseks supersulamit. Tüüpilised valusulamite klassid on K403, K417, K417G, K418, K403, K405, K4002 ja nii edasi.
Turbiinikettal on lennukimootori komponentide suurim mass, mille üksik mass on üle 50 kg, ja suure turbiiniketta üksikmass ulatub sadadesse kilogrammidesse. Turbiiniketaste stuudios võib velje üldine temperatuur ulatuda 550-650 kraadini C, samal ajal kui ratta keskpunkti temperatuur on vaid umbes 300 kraadi C ja kogu turbiiniketta temperatuuride erinevus on väga suur. Seetõttu tekib suur radiaalne termiline pinge. Turbiini labad pöörlevad normaalse pöörlemise ajal suurel kiirusel ja kannavad suurt tsentrifugaaljõudu. Tenonhamba osa pinge on keerulisem, sealhulgas tõmbepinge ja väändepinge, mis tekitavad käivitamisel ja seiskamisel suure pinge ja väikese tsükliväsimuse.
Deformeerunud supersulamid turbiini ketaste jaoks, üks tüüp on raud-niklipõhised supersulamid, tüüpilised sulamiklassid on GH2132, GH2135, GH2901, GH4761 jne, töötemperatuur on alla 650 kraadi; Teine niklipõhise supersulami tüüp, tüüpiline kaubamärk GH4196, GH4133, GH4133B, GH4033A, GH4698 jne, võib temperatuuri kasutamisel ulatuda 700 ^ 800 kraadini.
2.Supersulami kasutamine raketimootoris
Kanderakett on sõiduk mitmesuguste kosmoselaevade kosmoseorbiidile saatmiseks, kosmosevaldkonnas kasutatavat supersulamit kasutatakse peamiselt tõukejõu kandurraketi mootorites. Joonisel 2 on skemaatiline diagramm vedelkütuse rakettmootorist ja selle struktuurist, mis muudab raketikütuse reservuaaris või sõidukis olevad reagendid (raketikütused) tõukejõu tekitamiseks kiireteks joadeks. Nagu on näha jooniselt (b), ulatub õhuvool rakettmootori düüsi juures 2500 m/s ja temperatuur on kuni 1350 kraadi.
Rakettmootori supersulameid saab põhimõtteliselt kasutada koos lennukite turbiinmootorite sulamitega, kuid võrreldes lennukimootoritega on rakettmootorite materjalidel mõned uued omadused:
Niklipõhised deformeeritud supersulamid lisavad tavaliselt 10%-25% Cr-elementi, et tagada sulami hea oksüdatiivse korrosioonikindlus, seega on niklipõhise sulami maatriks tegelikult Ni-Cr. Lisaks lisavad mõned sulamid Ni-Cr tahkesse lahusesse elemente Co (15%-20%), Mo (umbes 15%) või W (umbes 11%), et moodustada Ni-Cr-ga kolmekomponendiline deformeeritud supersulam. -Co,Ni-Cr-Mo,Ni-Cr-W maatriksiks vastavalt. Tabelis 6 on näidatud Hiinas tavaliselt kasutatavate niklipõhiste deformeeritud supersulamite kaubamärgid, keemilised koostised ja töötemperatuurid. Joonis 6 näitab supersulamite kasutamise arengusuundi turbiinilabadel ja taldrikutel.
Koobaltipõhine deformatsioonisupersulam põhineb põhiliselt Co-Ni-Cr kolmekomponentsel süsteemil ja sisaldab W, Mo, Nb, Ta ja muid tahke lahusega tugevdavaid elemente ja karbiidi moodustavaid elemente. Võrreldes niklipõhiste deformeeritud supersulamitega on töö kõvenemise määr suurem ja osade pinnakvaliteet pärast vormimist parem, kuid vormimisprotsessis on tavaliselt vaja rohkem kuumtöötlemisaega või külma deformatsiooni vahepealseid lõõmutamisaegu. nõutav on ka töötlemisvormimisseadmete tonnaaž. Koobaltipõhistel deformeeritud supersulamitel on kõrge tugevus ja suurepärane termiline väsimuskindlus, termiline korrosioon ja kulumiskindlus, kui need on kõrgemad kui 980 kraadi. Koobaltipõhistel deformeeritud supersulamitel on aga peamine tugevdusfaas karbiid ja neil puudub homogeenne tugevdusfaas ning nende vastupidavus on madalam kui niklipõhistel deformeeritud supersulamitel madala ja keskmise temperatuurivahemikus. Tabelis 9 on loetletud tüüpiliste koobaltipõhiste deformeeritud supersulamite kõrgtemperatuurilised mehaanilised omadused.