Superalloys של High-temperature הפכו הכרחיים בנעת אוויר, במיוחד עבור הרחבות nozzle במנועי סילון ומנועים טילים. רכיבים אלה פועלים בגבולות של גבולות תרמיים ומכניים, שבו גזי הבעירה יכולים לעלות על 1,500 מעלות צלזיוס אפילו לאחר התרחבות דרך שלבים.העמידות של הרחבות לארוזות גבוהות ישירות משפיעות על יעילות המנוע, חיי השירות, ובטיחות לאורך העשור האחרון, סגסוגת, וכיסוי, לחץ על פני רמות גבוהות יותר של חומרים ממושכות, וטמפרטורות גבוהות יותר, לחץ על פני השטח, ומהירות גבוהה יותר, אשר מאפשרות שיפור יעילות גבוהה יותר של חומרים ממושכות יותר של חומרים אלה, וטמפרטורות מתוחכמות גבוהה יותר, ללא מגבלות מחקר, באופן ספציפי יותר, וטמפרטורות מתוחכמות גבוהה יותר, אשר מאפשרות יותר, לחץ על פני השטח של יעילות גבוהה יותר, לחץ על פני זמן, באופן מדויק יותר, על פני זמן, על פני זמן, באופן ספציפי של חומרים מתקדמים יותר, על פני זמן, באופן ספציפי, לחץ על פני השטח של יעילות גבוהה יותר, על פני זמן, על פני זמן, על פני זמן, על פני זמן, לחץ על פני זמן, על פני זמן, על פני זמן, על פני רמות תחזוקה על פני זמן, מהירות גבוהה יותר, מהירות גבוהה יותר

התפקיד של Superalloys ב Nozzle Extensions

הרחבות Nozzle ניצבות בפני שילוב ייחודי של תנאים קיצוניים: טמפרטורות גז גבוהות, oxidizing וסביבות קורוזיות, רכיבה תרמית מהירה, ועומס מכני משמעותי מלחץ ורטטט.עלים מסורתיים המבוססים ניקל כמו Inconel 718 ו- Waspaloy כבר בשימוש במשך עשרות שנים, אבל מנועים מודרניים יכולים לעמוד בטמפרטורות מתמשכות מעל 1,100 מעלות צלזיוס תוך שמירה על התנגדות רפלקטת והגנת סגסוגת לא נכונה, אך גם כן, אך ורק ממולקולות מתקדמות, אך ורק מסגסוגת דלק, אך ורק מסגסוגת חום.

Metallurgy of High טמפרture Superalloys

Superalloys שואבים את כוחם של זמן רב גבוה משילוב של חיזוק ברזולוציה מוצק, משקעים קשיחים, והנדסת גבולות דגנים.המעמד החשוב ביותר עבור יישומים נוזל הוא Superalloys מבוסס ניקל, אשר מסתמכ על gamma ( ⁇ ) ממטריקס חזק על ידי חלקים חד-זמניים פחות על ידי cirent gamma ראשוני ( ⁇ 's) preciates הם בין-מתכת של תרכובות גבוהה יותר, אפילו עלות עלות עלות גבוהה יותר, אבל יש פחות עלות עלות עלות עלות גבוהה יותר, אבל יש פחות עלות על בסיס גבוה יותר, אפילו עלות עלות עלות עלות עלות עלות עלות עלות על בסיס גבוה יותר, אבל יש פחות עליות (או עלות על ידי טמפרטורות גבוהות יותר עלות על בסיס גבוה יותר עלות על ידי cirdrbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbsp; אפילו על ידי פחות.

Superalloys מבוסס ניקל

המדינה- of-the-art ניקל superalloys עבור הרחבות nozzle כוללים הדור הרביעי והחמישי גרסאות עם תוכן אלמנט רב-היסוד (tungsten, rhenium, ruthenium) שמשפר כוח מצמרר ויציבות של שלב.לדוגמה, ⁇ כמו CMSX-4, רנה N4, ו- TMS-162 ביצועים מצוינים בטמפרטורות מתקרבות 1200°C.

Superalloys מבוסס על Cobalt

סדרה מבוססת קובלט (Modert-M 509, FSX-414), וסדרת הייז'ר 188 מציעה עמידות חמצון יוצאת דופן וחסידות sulfidation בשל התוכן כרום שלהם וקשקשים תחמוצת יציבה של סגסוגת אלה הופכים יותר ויותר עבור הרחבות ניקל במנועי רקטות שבו Transient מימן-oxygen combustion מייצרת oxidizing מאוד ל-Crecatium C.

מערכות מבוססות ברזל ופעולות מתפתחות אחרות

בעוד שסופרווזיות מבוססות ברזל כמו A286 וסגסוגת 709 מוגבלות לכ-700 מעלות צלזיוס, חדש "אלמומנה-forming austenitic" (AFA) פלדה להראות הבטחה ליישומים מתקופת ביניים באסטורות מורכבת של nozzle Assemblies.בנוסף, refractory high-entropy alloys (RHE) מורכב מאלמנטים רבים כגון Nb, Mo,,400, ו-Turation, אך הם עדיין בשימוש קיצוני (C) אך ורק עבור עמידות גבוהה.

התקדמות חדשה ב Alloy

מחקרים אחרונים עברו משיפורים מצטברים בסגסוגת המסורתית לשינויים מורכבים יותר.התוספת של אלמנטים נדירים של כדור הארץ כמו ytrium, lanum, ו cerium בכמויות מבוקרות (<0.1 wt%) משפרת באופן משמעותי את ההתנגדות חמצון על ידי מקבל sulfur דק וקידום היווצרות של סולמות הגנה כי הם יותר דבקים במהלך רכיבה תרמית.

נדיר כדור הארץ מתווה ומעצמות תגובתיות

תוספות Ytrium, בדרך כלל בטווח של 0.01–0.05%, ידועים להפחית את קצב הצמיחה של כרום וסולמות אלומיניום, תוך שיפור הדבקות שלהם במהלך חימום מהיר קירור.אפקט זה הוא בעל ערך במיוחד ב הרחבות nozzle, שבו רכיבה תרמית מתרחשת כל מנוע מתחיל / עצירה מחזור.

Gamma Prime Engineering ו-Step Stability

Superalloys מודרני ניקל יישומים נוזל לנצל טיפולים חום רב-שלב כדי לייצר הפצה דו-ממדית של gamma ראשוני precipitates: כיתות משניות קטנות (20-50 nm) לספק כוח עתיר גבוה, בעוד גדול יותר precipitates בשלב ראשוני גדול יותר (100–500 n) לשפר את ההתנגדות המצטפת של ruium ב סגסוגת הדור החמישי מדכאת את התחזיות, ומאפשרת עכשיו סגסוגת CvD גבוהה יותר, ללא סגסוגת Cinterizing שיטות התפתחות.

טכניקות עיבוד מתקדמות

עמידותן של הרחבות nozzle תלויה לא רק בסגסוגת אלא גם בתהליכי ייצור המייצרים רכיבים ללא פגם, ממוטבים מבניים.שלוש טכניקות מתקדמות - הגשמה עקיפית (DS), ליהוק יחיד (SC) וייצור תוסף (AM) - מהפכה בייצור העל-סגולה מהפכה.

סולידריות ושקר חד-צדדי

ייצוב כיוון מתאים גבולות דגנים במקביל ציר nozzle, צמצום מצמרר transverse ועייפות תרמית. עבור חלקים ננוקליים קריטיים, Superalloys יחיד-קריסטל לחסל לחלוטין את גבולות הדגנים, השגת יכולות טמפרטורה של 20-30 מעלות צלזיוס בהשוואה לפיצות תקעים אחרונים של רכיבי C-R.com סגסוגת מורכבים ליהוק גיאוגרפיה, כולל ערוצי קירור פנימיים וחורי סרטים, עכשיו הם כעת אפשרי באמצעות ליה עם ליבת עם ליבתים של 20,000 חיי קרמיקה עבור פונקציות סטנדרטיים סטנדרטיים.

ייצור תוספתי (AM)

אבקת לייזר אבקת היתוך (LPBF) ואלקטרון beam נמס (EBM) מאפשר ייצור של הרחבות nozzle עם גיאוגרפיות קירור פנימיות מורכבות שלא היו אפשריות להטיל באופן קונבנציונלי מבנים Lattice, קירות משתנים, ודחיסות משולבת של thermocouple ניתן לבנות ישירות מאבקות על גביית Superzzoys. עם אתגרים: סדק חם במהלך היווצרות חום של דגנים מלאים, בדרך כלל, 000 ליטרים של דגנים מלאים.

אבקה מתכתיורגיה ותהליך הrmomechanical

עבור הרחבות nozzle הדורשות עמידות עייפות גבוהה, פיזור תחמוצת מחזק (ODS) superalloys מיוצרים על ידי ⁇ מכנית של אבקות yttria עם NiCrAl matrix.הפיזור המדים של תחמוצת ננומטרי מספק כוח מצטמר מעולה עד 95% של נקודת ההיתוך.

קידודים מוגנים והנדסת פני השטח

אפילו העלולות הטובות ביותר לא יכולות לשרוד ללא הגבלת זמן בסביבה הקשה של הרחבה נושלת.ציפוי מחסום תרמית (TBCs), ציפויי מחסום סביבתיים (EBCs), ציפויי אלומיניום דיפוזיה מספקים הגנה חיונית נגד חמצון, קורוזיה, ו ⁇ תרמיים.

ריצוף ריבוע (TBCs)

Ytria-stabilized zirconia (YSZ) נשאר חומר TBC סטנדרטי, החל באמצעות תרסיס פלזמה או אלקטרונים-beam פיזית vapor deposition (EB-PVD) עבור הרחבות nozzle, עוביים TBC של 100-300 μm להפחית את טמפרטורת העל הבסיסית על ידי 50- 150 מעלות צלזיוס, המאפשרים לרוץ חם ללא מגבלות חומר לאחרונה של c2nbnbnbnbn) עם לחץ דם נמוך יותר.

קואטים של גדר הסביבה (EBCs)

עבור טמפרטורות גבוהות יותר וכימאים אגרסיביים (למשל, מימן / אוקסגן טילים נוולים), EBCs המבוססים על נדיר כדור הארץ (Yb2Si2O7, Y2Si2O5) ושלבים apatite מספקים הגנה מצוינת מפני שחיקה מים וחמצן. Applied by Air פלסמה או טכניקות סלוריות, אלה ציפויים מתקדמים ל- 50BC ללא מחזורי עבודה גבוהה יותר.

Diffusion Aluminide ו- Platinum Aluminide Stickings

עבור הגנה יעילה של חלקים פחות מטושטשים קיצוניים, מלט החבילה או פיזור כימי (CVD) אלומיניום יוצר אזור דיפוזיה עשיר NiAl או CoAl intermetallics. ציפויים אלה self-heal באמצעות היווצרות של סולמות אלומיניום מגן.

השפעה על Nozzle הרחבה Durability ו ביצועי מנוע

ההשפעה המצטברת של סגסוגת התקדמות, שיפור עיבוד, ציפוי הוא שיפור דרמטי של עמידות הרחבה Nozzle. מודרני superalloy nozzle Assemblies יכול לפעול בטמפרטורות גז גדולות עד 1,200 מעלות צלזיוס עם כתמים חמים גבוה כמו 1,400 מעלות צלזיוס, בעוד עדיין להשיג מטרות עיצוב של 3,000-10,000 שעות עבור מנועי מעריצים מסחריים ו 500 + מחזורים עבור מנועי רקטות.

מחקרים של תוכניות מנוע גדולות ממחישים את היתרונות האלה.מנוע GE9X משתמש הרחבה ללא תשלום שנעשתה מסופרווי בעל בסיס מוצק בכיוון עם יותר מ -60% תוכן ראשוני gamma ומערכת TBC / EBC, המאפשרת ירידה של 4% בצריכת דלק ספציפית (SFC) בהשוואה קודמו באופן דומה, מנוע ה-SpaceX Raptor 2 מעסיק מערכת נחושת-beryllium ללא הפסקה עם קטע אמין של ירי על ידי YBC / Y.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

הדור הבא של superalloys עבור הרחבות נוזל ידחוף מעבר לגבולות הנוכחיים באמצעות עיצוב חישובי מתקדם, ייצור היברידי, ו כיתות חומר חדשות לחלוטין.

High-Entropy Alloys (HEAs) ו-Complex Concentrated Alloys (CCAs)

עניין חדש ב HEAs המכיל מתכות מרובות מעבר (למשל, מערכות מבוססות CoCrFeNiNiMn) חשף פוטנציאל לכוח יוצא דופן בטמפרטורות גבוהות עקב עיוותי מינוף חמורים ורחבה דיפוזיה sluggish. Refractoryhe כמו TaNbHfZrTi מדגים נקודות שדה מעל 2000 מעלות צלזיוס, מה שהופך אותם מועמדים ל uncooled nozzleles in hypersics, הם במהירות סגסוגת סיליקון, 000, 000 סיליקון, אבל הוא מראה עלייה משמעותית עם תכונות סיליקון.

עיצוב חומרים Computational Materials Design

פלטפורמות חישוביות משולבות (ICME) פלטפורמות כגון Thermo-Calclc, JMatPro, וסימולציות בשלב שדה מאפשרות פיתוח ⁇ וירטואלי מהיר. במקום עשרות נמסים ניסיוניים, בדיקות חישוביות יכול לזהות יצירות אופטימליות עבור תכונות מטרה (למשל, gamma ראשוני solvus טמפרטורה, חמצון התנגדות, צפיפות מכונות מודלים על מסד נתונים גדול של ביצועים סופר-כל יכול לנבא את התוספת גבוהה של כלי דיוק.

Ceramic Matrix Composites (CMCs) ומבנה היברידי

עבור יישומים קיצוניים טמפרטורה, מרתקת קרמיקה (CMCs) כגון SiC / SiC יכול לפעול ב 1,400-1,600 מעלות צלזיוס אבל חסר התנגדות חמצון בסביבות הבעירה עשירה במים. הרחבות היברידיות נוזל משולבות קליפה חיצונית CMC עם סופר-סוי פנימי ניצול יכולת גבוהה של קרמיקה תוך כדי להסתמך על מחסנים על סיליקון / סיליקון קצר תחזוקה.

מסקנה

ההתקדמות בסופר-סולוי של זמן רב הניעה את עמידות הארכה של nozzle לגבהים חדשים, המאפשרת יעילות גבוהה יותר של מנוע, חיי שירות ארוכים יותר, והורדת עלויות.הסינרגיה בין יצירות ⁇ חדשניות - החל מ- ניקל-בסיסיות המבוססות על ניקל, עם סגסוגת מיקרו-מבנה ראשוני יעילה יותר של קרמיקה, כולל מתקני אחסון גמישים יותר, כולל קרמיקה, כולל קיבולת גבוהה יותר של ציוד אחסון, כולל קרמיקה, כולל כלי רכב מאובטחים, כולל קרמיקה, כולל קרמיקה, תחזוקה גבוהה יותר, תחזוקה, כולל קרמיקה, כולל קרמיקה, תחזוקה גבוהה יותר, כולל קרמיקה, תחזוקה גבוהה יותר, כולל קרמיקה, כולל קרמיקה, כולל מחסנית אבטחה גבוהה יותר, כולל קרמיקה, 000-מחדשנית, 000, 000, 000, 000-על-על-על-על-בסיסית, כולל מחסנית, 000, 000-בסיסית, כולל מחסנית, כולל פיתוח, כולל מחסנית, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000-בסיסית, 000-על-בסיס

(ב) ◄ ⁇ ⁇

  • [ה]ה-0] NASAA: F-1 Engine Nozzle Developmentof ReveFLT:1] - נקודת מבט היסטורית על שימוש על-על-פיווי בהרחבות של טילים.
  • (FLT:0ScienceDirect: Superalloys ReviewFIRLT:1) - משאב טכני מקיף על תכונות ועיבוד על ידי Superalloy.
  • (FLT:0)ASM International: Advances in Nickel-Base SuperalloysFOVAs 1LT) - מחקר אחרון על הנדסה ראשונית של גמא ויציבות שלב.
  • אוניברסיטת ההרחבה:0 (Cambridge University: Grain Refinement by Ceria NanoparticlesFIRLT:1) - מאמר מחקר על תוספות אלמנט תגובתי.