פיתוח: Superalloy קומפוזיציה עבור רכבים חשמליים של הדור הבא

כמו טכנולוגיה של חלל ממשיכה לדחוף גבולות - מטיסות היפרוזיות ועד למניעה עמוקה בחלל - החומרים המשמשים רכיבים קריטיים חייבים להתפתח כדי לעמוד בדרישות חסרות תקדים. Superalloys, ארוך את חומרי העבודה עבור מנועי סילון, הטבות גז, ונופי רקטות, הם מופעלים מחדש עם יצירות חדשניות כדי לשרוד את הטמפרטורות העולה על 1200 מעלות צלזיוס, קורוזיביות, סביבות, ויצרנים מכניים יותר, כדי לחזק את המנגנונים מכניים והופכים את העורקים יותר, כדי לחזק את העורקים הבאים.

האבולוציה והעקרונות של Superalloys

(עלילות הן סוג ייחודי של חומרים מתכתיים שנועדו לשמור על כוח, יציבות, והתנגדות קורוזיה בטמפרטורות מעל 0.6 TFLT:0migFLT:1 (טמפרטורת ההמיסה שלהם) הם מבוססים בעיקר על ניקל, קובלט, או ברזל-ניקל מזחלות, עם משקעים מורכבים כי נותן להם התנגדות יוצאת דופן ועייפות.

תכונות Microstructural

• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ :0) חיזוק הרזולוציה: FLT:1 אלמנטים כמו tungsten, rhenium, molybdenumתמוסס במריצה, הגדלת מתח הנקה והתנגדות לזחול.
• (ב) ,0) הנדסת גבולות של יוון: 1FLT:1 עיבוד ממתולוגי לשלוט בגודל גרגר וכיוון, לעתים קרובות באמצעות ייצוב כיוון או ליהוק יחיד-קריסטל.

Superalloys מבוסס ניקל מסורתי כגון Inconel 718 ורנה 88 הגיעו לגבולות הטמפרטורה שלהם.הכונן לטמפרטורות הפעלה גבוהות יותר, צפיפות נמוכה יותר, חיי שירות ארוכים יותר עודדו את הפיתוח של יצירות חדשות לחלוטין.

פיתוח קומפוזיציה ואסטרטגיות עיצוב Alloy

עיצוב ⁇ מודרני הולך מעבר להתאמות מצטברות של תוכן כרום ואלומיניום. חוקרים משלבים אלמנטים שנחשבים פעם תגובתיים או קשים מדי לתהליך, ומחמצמים תרמודינמיקה חישובית (CALPHAD) כדי לחזות יציבות בשלב בתנאים קיצוניים.

Refractory Metal Additions: Tantalum, Tungsten, Rhenium, Ruthenium

מתכות Refractory יש נקודות התכה גבוהות במיוחד ולתרום לחיזוק ברזולוציה מוצקה ומשקעים משניים.Tantalum ו tungsten להחליף אלמנטים ריבאונד חלש יותר כדי לשפר את כוח המצמר מעל 1000 ° C. Rhenium שימש במשך עשרות שנים ב להבים חד-כימיים (למשל, CMSX-4 ו- CMSX-10), אבל צפיפותו ועלויותיה הן לדורות האחרונים, כגון Cenbrireic בשלב C10, כדי לדכא את ה-C.

Oxide Dispersion התחזק (ODS) Superalloys

(א) סופרולפיוס משלב פיזור עדין של חלקיקים חד-חמצני (בעיקר ytria, YLACFLT:0203FLT:1OveFLT:2303Ffrac 3) בתוך פיזור המתכת (ה-DS) אלה מתנגדים לסגירת טמפרטורות גבוהות, מתן התנגדות יציבה הרבה מעבר לזה של סגסוגת מסולפתים (R) מכילות חום כגון: 1000-F2) מקודמת (R) על בסיס של כוח מכני (R) או 4.

Superalloys (HESAs)

שינוי פרדיגמה מעיצוב יחיד-יסודי קונבנציונלי, HESAs בדרך כלל מכילים חמישה או יותר אלמנטים ביחס קרוב-equimolar. קומפוזיציה כמו AlCoCrFeNi ו נגזרות שלה צורה שני מיקרו-מבנה (FCC matrix + B2 או L1FLT:02FLT:1 prepitates) כי להציג microerament-tempse מעולה ניסיונית כוח ו 15%-Crediti-CDC דיווחו על ידי מעבדה סטנדרטית עם HDCDC נמוך יותר ויותר עם מנוע למידה נמוכה יותר ויותר.

אינטרמטאל ריפא את Alloys ומעבר

(ב) שלבים של ניקל (Gamma-prime) הצטרפו על ידי gamma-double-prime (Nimma-double-prime) (Nima-double-prime) (Nimma-double-prime) ו-L1FLT:42FLT:5-Precipitates (כמו Cobal-Rird)

טרנדים מתקדמים והנדסת פני השטח של הסביבה הקיצונית

אפילו הפנים העל-סגוליות הטובות ביותר לא יכולות לעמוד בחשיפה ישירה של גזי הבעירה ללא הגנה.ציפוי מחסום הרחם (TBCs) ומעילי האגרה הם חלק בלתי נפרד מכל להב טורבינות מודרני.

Thermal Barrier Coatings (TBCs)

(ה) ,(ה-art TBCs) עשויים מ- ytria-stabilized zirconia (YSZ) אשר חל על ידי אלקטרו-באם נפילה פיזית (EB-PVD) או תרסיס פלזמה.דורים חדשים חוקרים את רמות gadolinium Zirconate (GdFLT:02FLT:2phirple:2phrLT:2phrphirple:2phirple) ו-F:

בונד קוטס ו-Diffusion Barriers

מעילי בונד, בדרך כלל MCrAlY (M= Ni, Co, או Fe) או פלטינה-aluminide, משמשים כשכבה עמידת חמצון ודבק בין תת-החולה המתכתית לבין המשטח הקרמיקה.מחקר עדכני הציג מחסומים המבוססים על Re-Ryffusion כדי למנוע פיזור בין המעיל לבין העלולי, מצב שלא רצוי שיוצר שלבים בלתי רצויים.

ייצור וחדשנות

יצירות חדשות דורשות שיטות עיבוד חדשות.היגוי ההיברידי ו- יחיד-קריסטל ליהוק חד פעמי מבוססים היטב עבור להבים טורבינות, אבל ייצור תוספת (AM) הוא נתיבים פתוחים לערוצי קירור פנימיים מורכבים וחלקים ליד-net-shape אשר להפחית פסולת חומרית. לייזר-powder fusionDS (LPBF) ואלקטרון-beming (EM) מותאמים עבור supersoys כמו Iconelreatives כמו fracing תהליכים, אך הם מאבקים פעילים.

יתרונות וביצועים Metrics

קביעת היתרונות של יצירות סופר-עלווי מתעורר דורש השוואה לסגסוגת בסיס.לדוגמה:

• (FLT:0Creep rupture Life: FIRLT:1) ניו ruthenium המכיל Superalloys מבוסס ניקל מראה 50% יותר חיים מצמררים ב 1100 מעלות / 100 MPa מאשר CMSX-4.
• (ב) [17] ,0) התנגדות למניעה: 1FLT:1 Cobalt מבוסס HESA עם 10 אלומיניום wt% טופס אלראוFLT מתמשך:23FLT 3:OIRLT:43FLT:5 סולק:5 סקאלה אשר מגן עד 1200 מעלות צלזיוס במשך מאות שעות.
• (FLT:0) ירידה בעצימות: 1FLT:1 ODS ברזל מבוסס ⁇ (למשל, 14YWT) להשיג צפיפות של 7.8 גרם / ס"מ3, כ -10% בהיר יותר מאשר עמיתים המבוססים על ניקל, תוך שמירה על חוזק רבל מעל 800 מעלות צלזיוס.
• (FLT:0) התנגדות תזונתית: 1FLT:1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אתגרים ודרכים מחקר עתידיות

למרות התקדמות יוצאת דופן, כמה מהמכשולים נשארים לפני שהחומרים החדשים האלה מגיעים למוכנות הייצור. מתכות ריבוניות יקרות וקשה להתמוסס ללא זיהום.התשואות של ליציקת יחיד עבור פחמן דו-חמצני עבור נמוך-density HESAs יכול להיות מתחת 20%. ODS רכיבי סגסוגת מוגבלים בגודל עקב מסלול המתכתי HIPed, בנוסף, המורכבות של 15% של שיטות הפעלה חדשות כגון:

Outlook לעשור הבא

[הנישואים של עיצוב ⁇ חישובי, אפיון מתקדם (atom Research tomography, Synhrotron X-ray diffraction), וייצור חדש יזרז את פריסת Superalloys עם יכולות חסרות תקדים. Hypersonic כלי רכב דורשים מסגרת אוויר וחומרים מנועים שיכולים לסבול מ- Macy 5+ טיסה ב 1500 מעלות צלזיוס - תנאים מעבר לכל סופר-עלול הנוכחי (על-סילא-סיורטיקולארי) ו-ידי טכנולוגיה מתקדמת (Fleanal) כמו חומרים מ-ficleicleficleficleficlefic) כמו מנועים של נאס"מסלולאריים (Ric) כמו מנועים של נאס"ל-R2Fleanlefic Exlicupic Expine) כמו מנועים של נאס"ל-upic Exlicycupic Light) ו-R2Fleanlefine Fleanleic Exlilefine Fleanleic Light (Ricupic Space-R.