Uzay ajansları ve özel fırlatma sağlayıcıları artık rutin olarak hedeflenebilirlik, daha yüksek maaş yükü fraksiyonları ve daha uzun hizmet ömürleri. Bu hedefleri karşılamak, yanma sıcaklıklarını 1,500 °C'yi aşan malzemeler, hızlı termal bisiklet ve korrosive egzoz ortamları. Superalloys - aşırı koşullar için inşaat alaşımları sınıfı - bir sonraki fırlatma donanım için vazgeçilmez hale gelir.

SonrakiGeneration'daki Superalloys'ın ESP Rolü Araçları Başlatıyor

Uygun roketlere doğru iten ve yükselen pompa-kır oranları yapısal ve sıcak bölümlerdeki bileşenler üzerinde beklenmedik talepler belirlediler. İlk aşama motorlar, SpaceX'in veya Blue Origin BE-4'te kullanılanlar gibi, geleneksel çeliklerin veya alüminyum alaşımların saniyeler içinde başarısız olmasına neden olacak baskılarda çalışır. Superalloys, 800 °C'nin üzerindeki yüksek mekanik gücü korurlar, oxidasyon ve sıcak korozyona karşı direnç sağlar ve kalıcı yük altında kalır.

Superalloys Nedir?

Superalloys genellikle nikel, cobalt veya demir-nickel'e dayanıyor, krom, Tırk, alüminyum, titanyum, Tırık, molybdenum ve tantalum. onların tanım özelliği, erkantılarının büyük bir kısmını, yarı iletken ve blokajların kuvvetlerini katın bir birleşiminden elde etmek, aynı zamanda yüksek hava kirliliğinin azaltılması ve güçlendirilmesi gibi elementlerle – ikincisinin iyi bir şekilde dağıtılması ve en yüksek hava kirliliği ile elde edilmesidir.

Nickel bazlı süperalloys, yüksek sıcaklıktaki malzemeyi zayıflatan tek kristal döküm teknolojisi nedeniyle roket endüstrisine hükmediyor, 50-100 °C. Cobalt-tabiçik varyantlar, yüksek performanslı sıvı veya sıcak-oksi-jen dirençteki bıçaklar genellikle CMSX-4 veya René N5 gibi yüksek sıcaklık aralığına zarar veren tek kristal-test teknolojisini kullanıyor.

Superalloy Teknolojideki Son Yenilikler

Son on yılda, birkaç ayrı ilerleme yeni bir rejime süperalloy performansı ortaya çıkardı. Bu yenilikler, alaşım kimyası, işleme ve koruyucu kaplamalar.

Gelişmiş Kompozisyon: Rerakter Metals ile Mikroalloying

Modern süperalloys, kumar-prime aşamasının solgun ısısını yükseltmek ve yüksek sıcaklık gücünü geliştirmek için daha yüksek çözünürlükte elementlerin seviyelerini içerir. Rhenium, ruthenium ve tantalum şu anda üçüncü nesil ve dördüncü nesil tek-kristal süperalloys. Rhenium, özellikle de mikroyapının yavaşları ve yüksek ısı gücü stabiller.

Komplek Geometri için Katkı İmalatı

Katkı üretimi (AM) süperalloy bileşenlerinin üretimini devrime getirdi. Lazer-powder-bed füzyon ve elektron-beam şu anda, hızlı bir şekilde dökme veya makine üretilemeyecek parçaların üretimine izin veriyor. Rocket-mühendis üreticileri yanma odasındaki soğutma kanallarını ve nozlarını üretmek için AM kullanıyor, örneğin, eksiltme ve yok etme sürecine yol açıyor.

Koruyucu Termal ve Çevre Bağları

En iyi süperalloy bile son zamanlarda en ağır yanma ortamlarına dayanamaz. Termal bariyer kaplamaları (TBCs) yttria-stabilized zirconia (YSZ), metal sıcaklığı 150 °C'ye kadar azaltamaz, ancak çevresel bariyer kaplamaları (EBCs) çok sayıdaki boru kaplamalara karşı koruma sağlar.

Uzayda Uygulamalar

Superalloys, bir fırlatma aracının birden fazla alt sistemi ile dağıtılır. Aşağıdaki bölümler birincil kullanımlarını ve son yeniliklerden elde edilen faydaları ayrıntılı olarak detaylandırır.

Motor Türbinleri ve Turbo-makrit

Bir sıvırocket motorunda, turbopump-bineyler on binlerce RPM'de, sıcak, kısmen kombine edilen gazlar. Türbin bıçakları ve diskler yüksek sıcaklıklar nedeniyle aşırı sental yükler ve yüksek sıcaklıklarla karşı karşıyadır.Tek-kristal nikele dayalı süper-mikro yapılar, PWA 1480 bıçaklar için standart hale gelirken - René 88DT veya LSHR gibi kollektif ve sertleştirici ilaçlar için iyileştirici ve sertleştirici bir şekilde kullanılır.

Combustion Chambers ve Nozzles

Yanan oda herhangi bir bileşenin en yüksek ısı flux'ini deneyimliyor. Oda liners genellikle daha düşük sıcaklık için bakır alaşımlardan oluşuyor, ancak yine de Inconel 625 veya Haynes 230 gibi süper tüm boruları kullanın.Yazarlı üretim, tümleşik soğutma kanallarını etkinleştirdi, çelik bir kabloyu geliştirmek ve tüm güvenilirliklerini artırmak için bakır-tümoyun.Forever 10,25 veya Haynes 230.

Heat Shields ve Termal Koruma

Birçok ısı kalkanı, oldukça etkili malzemeler olsa da, bazı yeniden kullanılabilir uzay aracı metalik termal koruma gerektirir. Uzay Yardımı burn kapak ve kanat önde gelen kenarlar karbon-karbonları güçlendirdi, ancak sonraki nesil, Dream Chaseronic Materials Environment Test programı gibi süperalloy paneller değerlendiriliyor.Bu, aşırı oxidasyon veya bozulma olmaksızın çok sayıda yeniden ayarlı döngülere dayanmalıdır.Inconel 718 ve Haynes 214 gibi süper düşük kütleli sıcaklıklara karşı korumayı sürdürüyor.

Mevcut Zorluklar ve Araştırma Frontiers

Etkileyici kazanımlara rağmen, birkaç engel kalıcı bir konudur: rhenium, ruthenium ve tantalum pahalı ve bazı uzmanlık süperleri, kilo verme başına 1000 $'dan daha pahalıya mal olabilir.Sekizleme engelleri, özellikle de refrakter ve mikroyapımsal tutarlılığı ile ilgili araştırmalarla ilgili.Performanslar, süperalloysiyonel mozyumlar ve en iyi nikel bazlı alaşımlar bile uzun süre boyunca çalıştırılamaz.

Data-proaktif yaklaşımlar yeni süperalloys. Machine-öğrenme modellerinin keşfini hızlandırıyor - tüm süpertüm bir bileşene yönelik tüm yaşam döngüsünü taklit etmek için NASA ve endüstri ortakları tarafından kullanılmaktadır - ısıl bisikletten başarısızlıkla sonuçlanabilir - gelişim süresini azaltır.

Future Outlook

Devam eden araştırmalar, süperalloy tozlarının işletim ısısını artırmayı hedefliyor, aynı zamanda, süperalloyların ekonomik olarak düşük bir Dünyadaki yerinin geri çekilmesi ve yönlendirilmesi gibi, büyük ölçüde daha karmaşık bir geometrileri ele geçirmek için tasarlanmıştır.