Havacılık teknolojisi sınırları zorlamaya devam ettikçe - hipersonik uçuştan derin uzay tahrikine kadar – kritik bileşenlerde kullanılan malzemeler, eşsiz talepleri karşılamak için evrimmelidir. Superalloys, uzun süre metal eklemeler, oksit dağıtım gücü, gaz türbinleri ve roket nozulları için, önümüzdeki süper tüm kompozisyonları keşfetmek için yeniden düşünülmüşlerdir.Bu makale mekanizmaları, döngüsel mekanik yükler. Araştırmacılar ve üreticiler artık jet motorlarını yeniden şekillendirmeye başlıyorlar.
Superalloys'ın Evrimi ve Temelleri
Superalloys, güç, istikrar ve korozyon direncini 0, 0'dan fazla ısıtmak için tasarlanmış eşsiz bir metalik malzemeler sınıfıdır (kıtılmış sıcaklıkları). Bunlar ağırlıklı olarak nikel, kobalt, ya da demir-nickel matriks, onları olağanüstü direniş ve yorgunluk hayatına zorlayan kompleksler ile güçlendirilir.(Titantik örnek)
Anahtar Mikroyapısal Özellikler
- [FONT:0)Gamma-prime ( ⁇ ) önsözleri: [DÜT:1] Ni).3[DÜDÜ:3)Yüksek sıcaklıklarda yersiz hareket eden aşamalar.
- [FONT:0)Carbides ve boides:) Şaşırtıcı ve cavitasyonu engelleyen Sınır Güçleri.
- [FONT=0)Solid-solution:[Dönetici: [Dönder: 1] TDK, rhenium gibi elementler ve malybdenum matrixte çözülüyor, lattice su ve dirençin ürpermeye.
- [FONT=0)Grate Limit Sınır Mühendisliği: [DDDÜT:1] Termomechanical işleme, tahıl boyutunu ve yönelimini kontrol etmek için, genellikle yönsel katılaşma veya tek kristal döküm yoluyla.
Incon- 718 ve René 88 gibi geleneksel olarak nikel temelli süperalloylar sıcaklık sınırlarınına ulaştılar. daha yüksek işletim sıcaklıklara, daha düşük yoğunluka ve daha uzun hizmet hayatına yönelik sürüş tamamen yeni kompozisyonların gelişimini teşvik etti.
Kompozisyonlar ve Kumaş Tasarımı Stratejileri
Modern alaşım tasarımı, kromat ve alüminyum içeriğinin artmakta olan ayarlamaların ötesine geçer. Araştırmacılar, bir zamanlar süreç için çok reaktif veya zor görülen elementleri bir araya getirir ve hesaplamalı termodinamik (CALPHAD) aşırı koşullarda faz stabilitesini tahmin etmek için kullanılır.
Rerakter Metal Additions: Platinumum, TKV, Rhenium ve Ruthenium
Rerakter metaller olağanüstü yüksek erime noktalarına sahiptir ve sağlam bir şekilde güçlendirmeye ve ikincil yağışlara katkıda bulunurlar.Trakter metaller, 1000 °C'nin üzerinde ürpere gücü geliştirmek için daha zayıf rerakter elementleri yerine getirirler. Rhenium, ⁇ aşamasına kadar kullanılmış ve üst düzeye çıkarılmıştır (örneğin CMSX-4 ve CMSX-10), ancak yoğunluğu ve maliyetinin 1100 °C'nin üzerindeki etkisi altında olduğu gibi, henyum içeriğini azaltıp, ⁇ aşamasını stabilize etmek için.
Oksit Dispersion Güçlendi (ODS) Superalloys
ODS superalloys, metal matrislerin iyi bir dağılımını içerir (tipik olarak yttria, Y)).3[Dönetici: 3[D) veya demir bazlı (en 14YWT serisi) ile, yüksek sıcaklıklara karşı dirençli sıkıştırıcı direnç sağlar.
Yüksek Entropy Superalloys (HESAs)
Geleneksel tek sermayelipal-element tasarımından bir paradigma değişikliği, HESAs genellikle son derece yüksek orandaki eşitlik oranlarına yakın beş veya daha fazla element içerir.ToCoCrFeNi ve türevlerini iki-faze mikroyapı oluşturur (FCC matrix + B2 veya L1)0.2) Bu, mükemmel yüksek sıcaklık gücü ve oxid direnç gösteren. Araştırmacılar University of Tennessee ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı, 800 °C ile karşılaştırılabilir olan HESA'lar bildirdi.
Metallic Donmuş Kumaşlar ve Öteki
Kumarhane-prime gibi metalik adımlar kumarbaz tarafından katıldı ve L1[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönetici:2))) Co--altın süperbiyücüler, özellikle de yüksek çözünürlükte yüksek bir sıcaklıkla sınırlıydılar.
Extreme Environments ve Surface Engineering for Extreme Environments
En iyi süperalloy iç bile koruma olmadan yanma gazlarına doğrudan maruz kalmaya dayanamaz. Termal bariyer kaplamaları (TBCs) ve tahvil ceketleri her modern türbin bıçağına integraldir.
Termal Engel Kaplamaları (TBCs)
Devlet-i Eksileri, zirkonia (YSZ) tarafından uygulanan ve elektron-beam fiziksel buharı (EB-PVD) veya plazma spreyi ile yapılır. Yeni nesiller gadolinyum zirkonat (Gd))
Bond Coats ve Diffüzyon Engelleri
Bond ceketleri, tipik olarak MCrAlY (M = Ni, Co, veya Fe) veya platin-aluminidasyon olarak, metalik substratlar ve seramik topcoat arasında bir yapıştırıcı olarak hizmet eder. Son araştırma, Re-perfüzyon bariyerlerini bağ ceketi ve süperalloy arasındaki, istenmeyen aşamaları yaratan bir başarısızlık modu ile pekiştirir.
Üretim ve İşleme Yenilikçileri
Yeni kompozisyonlar yeni işleme yöntemleri talep ediyor. Yönel katılaşma ve tek kristal dökümü, türbin bıçakları için iyi kurulmuş, ancak Inconel 718 gibi süper saf işleme parçalarına ve malzeme atıklarını azaltan parçalara yakın işbirliği yolları açıyor. Sıcak çatlakları azaltmak için lazer-powder yatak füzyonu (LPBF) ve elektron-beam füzyonu aktif bir şekilde sıkıştırıyor, ancak Inconel 718 gibi süper-seçmiş süper-zenfek işlemlerle mücadele ediyor.
Avantajları ve Performans Metrikleri
Gelişen süperalloy kompozisyonlarının faydalarını hesaplamak, örneğin:
- [FONT:0)Creep rupture yaşam: Yeni ruthenium-konomik temelli süperalloylar, 1100 °C / 100 MPa'da CMSX-4'ten% 50 daha uzun bir sürüş gösteriyor.
- [FONT=0)Oxidation direniş:[Dönetici: [Dönetici:0))[Dönetici:0))[Dönetici:0)))))[Dönetici:0))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))[Dörtün yüzde 10,3'e kadar koruma sağlayan ölçek.
- [FONT:0]Density azaltımı: [DFLT:1] ODS demir bazlı alaşımlar (örneğin 14YWT) 7.8 g/cm3 yoğunluğuna sahipken, 800 °C'nin üzerindeki çekme gücü korumak için yaklaşık% 10 daha hafif.
- [FONT:0)Fatigue direniş:[Dönetici:[Dönetici:0) Güzel-grained tek kristal bıçaklar tahıl sınır mühendisi mikroyapılar yüksek döngüsü yorgunluk yaşamında% 30 artış gösteriyor.
Meydanlar ve Future Research
Dikkat çekici ilerlemeye rağmen, bu yeni süperalloyların üretim hazırlığına varmadan önce birkaç engel kalır. Rerakter metaller kirlenmeden önce erimeye zorlanırlar.Tek kristal dökümlerin verimini düşük betonlu betonlar için azaltır HESA'lar, HIPed toz metalurji rotası nedeniyle boyuta sahiptir.) Ek olarak, uzun vadeli emisyonlar ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte.
Sonraki Decadede için Genel Bakış
Hesaplamalı alaşım tasarımının evliliği, gelişmiş karakterizasyon (atom prob tomografi, senkronizasyon, senkronizasyon x-ray difraksiyon) ve yeni üretim, metalik bir kökden seramik ipucuna geçiş yapan süperalloyların dağıtımını hızlandıracaktır.Insonic-CAM 5+ uçuşu 1500 °C - Mevcut süperalloy. Hybrids (tüm-endüstriyel) ve gelecek yıllardan itibaren Avrupa'nın dört bir yana inşa edilen malzemelere geçiş yapar.