అధిక ఉష్ణోగ్రత మిశ్రమలోహాన్ని ఉష్ణ బలం మిశ్రమం అని కూడా అంటారు. మాతృక నిర్మాణం ప్రకారం, పదార్థాలను మూడు వర్గాలుగా విభజించవచ్చు: ఇనుము ఆధారిత నికెల్-ఆధారిత మరియు క్రోమియం-ఆధారిత. ఉత్పత్తి విధానం ప్రకారం, దీనిని వికృతమైన సూపర్ అల్లాయ్ మరియు కాస్ట్ సూపర్ అల్లాయ్గా విభజించవచ్చు.
ఇది ఏరోస్పేస్ రంగంలో ఒక అనివార్యమైన ముడి పదార్థం. ఇది ఏరోస్పేస్ మరియు ఏవియేషన్ తయారీ ఇంజిన్ల యొక్క అధిక-ఉష్ణోగ్రత భాగానికి కీలకమైన పదార్థం. ఇది ప్రధానంగా దహన చాంబర్, టర్బైన్ బ్లేడ్, గైడ్ బ్లేడ్, కంప్రెసర్ మరియు టర్బైన్ డిస్క్, టర్బైన్ కేస్ మరియు ఇతర భాగాల తయారీకి ఉపయోగించబడుతుంది. సేవా ఉష్ణోగ్రత పరిధి 600 ℃ - 1200 ℃. ఉపయోగించిన భాగాలను బట్టి ఒత్తిడి మరియు పర్యావరణ పరిస్థితులు మారుతూ ఉంటాయి. మిశ్రమం యొక్క యాంత్రిక, భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాలకు కఠినమైన అవసరాలు ఉన్నాయి. ఇది ఇంజిన్ యొక్క పనితీరు, విశ్వసనీయత మరియు జీవితకాలం కోసం నిర్ణయాత్మక అంశం. అందువల్ల, అభివృద్ధి చెందిన దేశాలలో ఏరోస్పేస్ మరియు జాతీయ రక్షణ రంగాలలో సూపర్ అల్లాయ్ కీలకమైన పరిశోధన ప్రాజెక్టులలో ఒకటి.
సూపర్ అల్లాయ్ల యొక్క ప్రధాన అనువర్తనాలు:
1. దహన గది కోసం అధిక ఉష్ణోగ్రత మిశ్రమం
ఏవియేషన్ టర్బైన్ ఇంజిన్ యొక్క దహన గది (జ్వాల గొట్టం అని కూడా పిలుస్తారు) అధిక-ఉష్ణోగ్రత భాగాలలో ఒకటి. ఇంధన అటామైజేషన్, చమురు మరియు వాయువు మిక్సింగ్ మరియు ఇతర ప్రక్రియలు దహన గదిలో నిర్వహించబడుతున్నందున, దహన గదిలో గరిష్ట ఉష్ణోగ్రత 1500 ℃ - 2000 ℃ కి చేరుకుంటుంది మరియు దహన గదిలో గోడ ఉష్ణోగ్రత 1100 ℃ కి చేరుకుంటుంది. అదే సమయంలో, ఇది ఉష్ణ ఒత్తిడి మరియు వాయువు ఒత్తిడిని కూడా భరిస్తుంది. అధిక థ్రస్ట్/బరువు నిష్పత్తి కలిగిన చాలా ఇంజిన్లు వార్షిక దహన గదులను ఉపయోగిస్తాయి, ఇవి తక్కువ పొడవు మరియు అధిక ఉష్ణ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. దహన గదిలో గరిష్ట ఉష్ణోగ్రత 2000 ℃ కి చేరుకుంటుంది మరియు గ్యాస్ ఫిల్మ్ లేదా ఆవిరి శీతలీకరణ తర్వాత గోడ ఉష్ణోగ్రత 1150 ℃ కి చేరుకుంటుంది. వివిధ భాగాల మధ్య పెద్ద ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతలు ఉష్ణ ఒత్తిడిని సృష్టిస్తాయి, ఇది పని స్థితి మారినప్పుడు తీవ్రంగా పెరుగుతుంది మరియు తగ్గుతుంది. పదార్థం ఉష్ణ షాక్ మరియు ఉష్ణ అలసట భారానికి లోబడి ఉంటుంది మరియు వక్రీకరణ, పగుళ్లు మరియు ఇతర లోపాలు ఉంటాయి. సాధారణంగా, దహన చాంబర్ షీట్ మిశ్రమంతో తయారు చేయబడుతుంది మరియు నిర్దిష్ట భాగాల సేవా పరిస్థితుల ప్రకారం సాంకేతిక అవసరాలు ఈ క్రింది విధంగా సంగ్రహించబడ్డాయి: అధిక-ఉష్ణోగ్రత మిశ్రమం మరియు వాయువును ఉపయోగించే పరిస్థితులలో ఇది నిర్దిష్ట ఆక్సీకరణ నిరోధకత మరియు వాయువు తుప్పు నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది; ఇది నిర్దిష్ట తక్షణ మరియు ఓర్పు బలం, ఉష్ణ అలసట పనితీరు మరియు తక్కువ విస్తరణ గుణకం కలిగి ఉంటుంది; ప్రాసెసింగ్, ఏర్పాటు మరియు కనెక్షన్ను నిర్ధారించడానికి ఇది తగినంత ప్లాస్టిసిటీ మరియు వెల్డింగ్ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది; సేవా జీవితంలో నమ్మకమైన ఆపరేషన్ను నిర్ధారించడానికి ఇది ఉష్ణ చక్రంలో మంచి సంస్థాగత స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటుంది.
a. MA956 మిశ్రమం పోరస్ లామినేట్
ప్రారంభ దశలో, పోరస్ లామినేట్ను ఫోటోగ్రాఫ్ చేసి, చెక్కి, గాడి చేసి, పంచ్ చేసిన తర్వాత డిఫ్యూజన్ బాండింగ్ ద్వారా HS-188 అల్లాయ్ షీట్తో తయారు చేశారు. డిజైన్ అవసరాలకు అనుగుణంగా లోపలి పొరను ఆదర్శవంతమైన శీతలీకరణ ఛానల్గా తయారు చేయవచ్చు. ఈ నిర్మాణ శీతలీకరణకు సాంప్రదాయ ఫిల్మ్ కూలింగ్ యొక్క శీతలీకరణ వాయువులో 30% మాత్రమే అవసరం, ఇది ఇంజిన్ యొక్క థర్మల్ సైకిల్ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది, దహన చాంబర్ పదార్థం యొక్క వాస్తవ ఉష్ణ బేరింగ్ సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది, బరువును తగ్గిస్తుంది మరియు థ్రస్ట్-వెయిట్ నిష్పత్తిని పెంచుతుంది. ప్రస్తుతం, దీనిని ఆచరణాత్మక ఉపయోగంలోకి తీసుకురావడానికి ముందు కీలక సాంకేతికతను ఛేదించాల్సిన అవసరం ఉంది. MA956తో తయారు చేయబడిన పోరస్ లామినేట్ అనేది యునైటెడ్ స్టేట్స్ ప్రవేశపెట్టిన కొత్త తరం దహన చాంబర్ పదార్థం, దీనిని 1300 ℃ వద్ద ఉపయోగించవచ్చు.
బి. దహన గదిలో సిరామిక్ మిశ్రమాల అప్లికేషన్
1971 నుండి యునైటెడ్ స్టేట్స్ గ్యాస్ టర్బైన్ల కోసం సిరామిక్స్ ఉపయోగించడం యొక్క సాధ్యాసాధ్యాలను ధృవీకరించడం ప్రారంభించింది. 1983లో, యునైటెడ్ స్టేట్స్లో అధునాతన పదార్థాల అభివృద్ధిలో నిమగ్నమైన కొన్ని సమూహాలు అధునాతన విమానాలలో ఉపయోగించే గ్యాస్ టర్బైన్ల కోసం పనితీరు సూచికల శ్రేణిని రూపొందించాయి. ఈ సూచికలు: టర్బైన్ ఇన్లెట్ ఉష్ణోగ్రతను 2200 ℃కి పెంచడం; రసాయన గణన యొక్క దహన స్థితిలో పనిచేయడం; ఈ భాగాలకు వర్తించే సాంద్రతను 8g/cm3 నుండి 5g/cm3కి తగ్గించడం; భాగాల శీతలీకరణను రద్దు చేయడం. ఈ అవసరాలను తీర్చడానికి, అధ్యయనం చేయబడిన పదార్థాలలో సింగిల్-ఫేజ్ సిరామిక్స్తో పాటు గ్రాఫైట్, మెటల్ మ్యాట్రిక్స్, సిరామిక్ మ్యాట్రిక్స్ కాంపోజిట్లు మరియు ఇంటర్మెటాలిక్ సమ్మేళనాలు ఉన్నాయి. సిరామిక్ మ్యాట్రిక్స్ కాంపోజిట్లు (CMC) కింది ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి:
సిరామిక్ పదార్థం యొక్క విస్తరణ గుణకం నికెల్ ఆధారిత మిశ్రమం కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది మరియు పూతను సులభంగా తొలగించవచ్చు. ఇంటర్మీడియట్ మెటల్ ఫెల్ట్తో సిరామిక్ మిశ్రమాలను తయారు చేయడం వల్ల దహన చాంబర్ పదార్థాల అభివృద్ధి దిశ అయిన ఫ్లేకింగ్ లోపాన్ని అధిగమించవచ్చు. ఈ పదార్థాన్ని 10% - 20% శీతలీకరణ గాలితో ఉపయోగించవచ్చు మరియు మెటల్ బ్యాక్ ఇన్సులేషన్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత కేవలం 800 ℃ మాత్రమే ఉంటుంది మరియు వేడిని మోసే ఉష్ణోగ్రత డైవర్జెంట్ కూలింగ్ మరియు ఫిల్మ్ కూలింగ్ కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. V2500 ఇంజిన్లో కాస్ట్ సూపర్ అల్లాయ్ B1900+సిరామిక్ కోటింగ్ ప్రొటెక్టివ్ టైల్ ఉపయోగించబడుతుంది మరియు అభివృద్ధి దిశ B1900 (సిరామిక్ కోటింగ్తో) టైల్ను SiC-ఆధారిత కాంపోజిట్ లేదా యాంటీ-ఆక్సిడేషన్ C/C కాంపోజిట్తో భర్తీ చేయడం. సిరామిక్ మ్యాట్రిక్స్ కాంపోజిట్ అనేది 15-20 థ్రస్ట్ బరువు నిష్పత్తితో ఇంజిన్ దహన చాంబర్ యొక్క అభివృద్ధి పదార్థం మరియు దాని సేవా ఉష్ణోగ్రత 1538 ℃ - 1650 ℃. ఇది ఫ్లేమ్ ట్యూబ్, ఫ్లోటింగ్ వాల్ మరియు ఆఫ్టర్బర్నర్ కోసం ఉపయోగించబడుతుంది.
2. టర్బైన్ కోసం అధిక ఉష్ణోగ్రత మిశ్రమం
ఏరో-ఇంజిన్ టర్బైన్ బ్లేడ్ అనేది ఏరో-ఇంజిన్లో అత్యంత తీవ్రమైన ఉష్ణోగ్రత భారాన్ని మరియు చెత్త పని వాతావరణాన్ని భరించే భాగాలలో ఒకటి. ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రత కింద చాలా పెద్ద మరియు సంక్లిష్టమైన ఒత్తిడిని భరించాల్సి ఉంటుంది, కాబట్టి దాని పదార్థ అవసరాలు చాలా కఠినంగా ఉంటాయి. ఏరో-ఇంజిన్ టర్బైన్ బ్లేడ్ల కోసం సూపర్ అల్లాయ్లు ఇలా విభజించబడ్డాయి:
a.గైడ్ కోసం అధిక ఉష్ణోగ్రత మిశ్రమం
టర్బైన్ ఇంజిన్లో వేడి వల్ల ఎక్కువగా ప్రభావితమయ్యే భాగాలలో డిఫ్లెక్టర్ ఒకటి. దహన గదిలో అసమాన దహనం జరిగినప్పుడు, మొదటి దశ గైడ్ వేన్ యొక్క తాపన భారం ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది గైడ్ వేన్ దెబ్బతినడానికి ప్రధాన కారణం. దీని సేవా ఉష్ణోగ్రత టర్బైన్ బ్లేడ్ కంటే దాదాపు 100 ℃ ఎక్కువగా ఉంటుంది. తేడా ఏమిటంటే స్టాటిక్ భాగాలు యాంత్రిక భారానికి లోబడి ఉండవు. సాధారణంగా, వేగవంతమైన ఉష్ణోగ్రత మార్పు వల్ల ఉష్ణ ఒత్తిడి, వక్రీకరణ, ఉష్ణ అలసట పగుళ్లు మరియు స్థానిక దహనం కలిగించడం సులభం. గైడ్ వేన్ మిశ్రమం కింది లక్షణాలను కలిగి ఉండాలి: తగినంత అధిక ఉష్ణోగ్రత బలం, శాశ్వత క్రీప్ పనితీరు మరియు మంచి ఉష్ణ అలసట పనితీరు, అధిక ఆక్సీకరణ నిరోధకత మరియు ఉష్ణ తుప్పు పనితీరు, ఉష్ణ ఒత్తిడి మరియు కంపన నిరోధకత, వంగడం వైకల్య సామర్థ్యం, మంచి కాస్టింగ్ ప్రక్రియ అచ్చు పనితీరు మరియు వెల్డబిలిటీ మరియు పూత రక్షణ పనితీరు.
ప్రస్తుతం, అధిక థ్రస్ట్/బరువు నిష్పత్తి కలిగిన చాలా అధునాతన ఇంజిన్లు బోలు కాస్ట్ బ్లేడ్లను ఉపయోగిస్తాయి మరియు డైరెక్షనల్ మరియు సింగిల్ క్రిస్టల్ నికెల్-ఆధారిత సూపర్ అల్లాయ్లను ఎంపిక చేస్తారు. అధిక థ్రస్ట్-వెయిట్ నిష్పత్తి కలిగిన ఇంజిన్ 1650 ℃ - 1930 ℃ అధిక ఉష్ణోగ్రతను కలిగి ఉంటుంది మరియు థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పూత ద్వారా రక్షించబడాలి. శీతలీకరణ మరియు పూత రక్షణ పరిస్థితులలో బ్లేడ్ మిశ్రమం యొక్క సేవా ఉష్ణోగ్రత 1100 ℃ కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది భవిష్యత్తులో గైడ్ బ్లేడ్ పదార్థం యొక్క ఉష్ణోగ్రత సాంద్రత ధర కోసం కొత్త మరియు అధిక అవసరాలను ముందుకు తెస్తుంది.
బి. టర్బైన్ బ్లేడ్ల కోసం సూపర్ అల్లాయ్లు
టర్బైన్ బ్లేడ్లు ఏరో-ఇంజన్లలో కీలకమైన ఉష్ణ-భరించే భ్రమణ భాగాలు. వాటి ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత గైడ్ బ్లేడ్ల కంటే 50 ℃ - 100 ℃ తక్కువగా ఉంటుంది. అవి తిరిగేటప్పుడు గొప్ప సెంట్రిఫ్యూగల్ ఒత్తిడి, కంపన ఒత్తిడి, ఉష్ణ ఒత్తిడి, వాయుప్రసరణ స్కౌరింగ్ మరియు ఇతర ప్రభావాలను భరిస్తాయి మరియు పని పరిస్థితులు పేలవంగా ఉంటాయి. అధిక థ్రస్ట్/బరువు నిష్పత్తి కలిగిన ఇంజిన్ యొక్క హాట్ ఎండ్ భాగాల సేవా జీవితం 2000h కంటే ఎక్కువ. అందువల్ల, టర్బైన్ బ్లేడ్ మిశ్రమం సేవా ఉష్ణోగ్రత వద్ద అధిక క్రీప్ నిరోధకత మరియు చీలిక బలాన్ని కలిగి ఉండాలి, అధిక మరియు తక్కువ సైకిల్ అలసట, చల్లని మరియు వేడి అలసట, తగినంత ప్లాస్టిసిటీ మరియు ప్రభావ దృఢత్వం మరియు నాచ్ సున్నితత్వం వంటి మంచి అధిక మరియు మధ్యస్థ ఉష్ణోగ్రత సమగ్ర లక్షణాలను కలిగి ఉండాలి; అధిక ఆక్సీకరణ నిరోధకత మరియు తుప్పు నిరోధకత; మంచి ఉష్ణ వాహకత మరియు లీనియర్ విస్తరణ యొక్క తక్కువ గుణకం; మంచి కాస్టింగ్ ప్రక్రియ పనితీరు; దీర్ఘకాలిక నిర్మాణ స్థిరత్వం, సేవా ఉష్ణోగ్రత వద్ద TCP దశ అవపాతం లేదు. అనువర్తిత మిశ్రమం నాలుగు దశల గుండా వెళుతుంది; వికృతమైన మిశ్రమం అనువర్తనాల్లో GH4033, GH4143, GH4118, మొదలైనవి ఉన్నాయి; కాస్టింగ్ మిశ్రమం యొక్క అప్లికేషన్లో K403, K417, K418, K405, దిశాత్మకంగా ఘనీభవించిన బంగారం DZ4, DZ22, సింగిల్ క్రిస్టల్ మిశ్రమం DD3, DD8, PW1484 మొదలైనవి ఉన్నాయి. ప్రస్తుతం, ఇది మూడవ తరం సింగిల్ క్రిస్టల్ మిశ్రమలోహాలుగా అభివృద్ధి చెందింది. చైనా యొక్క సింగిల్ క్రిస్టల్ మిశ్రమం DD3 మరియు DD8 వరుసగా చైనా యొక్క టర్బైన్లు, టర్బోఫ్యాన్ ఇంజిన్లు, హెలికాప్టర్లు మరియు షిప్బోర్న్ ఇంజిన్లలో ఉపయోగించబడుతున్నాయి.
3. టర్బైన్ డిస్క్ కోసం అధిక ఉష్ణోగ్రత మిశ్రమం
టర్బైన్ డిస్క్ అనేది టర్బైన్ ఇంజిన్లో అత్యంత ఒత్తిడితో కూడిన భ్రమణ బేరింగ్ భాగం. 8 మరియు 10 థ్రస్ట్ బరువు నిష్పత్తి కలిగిన ఇంజిన్ యొక్క వీల్ ఫ్లాంజ్ యొక్క పని ఉష్ణోగ్రత 650 ℃ మరియు 750 ℃కి చేరుకుంటుంది మరియు వీల్ సెంటర్ ఉష్ణోగ్రత దాదాపు 300 ℃ ఉంటుంది, పెద్ద ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం ఉంటుంది. సాధారణ భ్రమణ సమయంలో, ఇది బ్లేడ్ను అధిక వేగంతో తిప్పడానికి ప్రేరేపిస్తుంది మరియు గరిష్ట సెంట్రిఫ్యూగల్ ఫోర్స్, థర్మల్ స్ట్రెస్ మరియు వైబ్రేషన్ స్ట్రెస్ను కలిగి ఉంటుంది. ప్రతి స్టార్ట్ మరియు స్టాప్ ఒక సైకిల్, వీల్ సెంటర్. గొంతు, గ్రూవ్ బాటమ్ మరియు రిమ్ అన్నీ వేర్వేరు మిశ్రమ ఒత్తిళ్లను కలిగి ఉంటాయి. మిశ్రమం అత్యధిక దిగుబడి బలం, ప్రభావ దృఢత్వం మరియు సర్వీస్ ఉష్ణోగ్రత వద్ద నాచ్ సెన్సిటివిటీ లేకుండా ఉండాలి; తక్కువ లీనియర్ ఎక్స్పాన్షన్ కోఎఫీషియంట్; నిర్దిష్ట ఆక్సీకరణ మరియు తుప్పు నిరోధకత; మంచి కటింగ్ పనితీరు.
4. ఏరోస్పేస్ సూపర్ అల్లాయ్
ద్రవ రాకెట్ ఇంజిన్లోని సూపర్ అల్లాయ్ను థ్రస్ట్ చాంబర్లోని దహన గది యొక్క ఇంధన ఇంజెక్టర్ ప్యానెల్గా ఉపయోగిస్తారు; టర్బైన్ పంప్ ఎల్బో, ఫ్లాంజ్, గ్రాఫైట్ రడ్డర్ ఫాస్టెనర్, మొదలైనవి. ద్రవ రాకెట్ ఇంజిన్లోని అధిక ఉష్ణోగ్రత మిశ్రమాన్ని థ్రస్ట్ చాంబర్లో ఇంధన చాంబర్ ఇంజెక్టర్ ప్యానెల్గా ఉపయోగిస్తారు; టర్బైన్ పంప్ ఎల్బో, ఫ్లాంజ్, గ్రాఫైట్ రడ్డర్ ఫాస్టెనర్, మొదలైనవి. GH4169 ను టర్బైన్ రోటర్, షాఫ్ట్, షాఫ్ట్ స్లీవ్, ఫాస్టెనర్ మరియు ఇతర ముఖ్యమైన బేరింగ్ భాగాల పదార్థంగా ఉపయోగిస్తారు.
అమెరికన్ లిక్విడ్ రాకెట్ ఇంజిన్ యొక్క టర్బైన్ రోటర్ పదార్థాలలో ప్రధానంగా ఇన్టేక్ పైప్, టర్బైన్ బ్లేడ్ మరియు డిస్క్ ఉన్నాయి. GH1131 మిశ్రమం ఎక్కువగా చైనాలో ఉపయోగించబడుతుంది మరియు టర్బైన్ బ్లేడ్ పని ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది. Inconel x, Alloy713c, Astroloy మరియు Mar-M246 లను వరుసగా ఉపయోగించాలి; వీల్ డిస్క్ పదార్థాలలో Inconel 718, Waspaloy, మొదలైనవి ఉన్నాయి. GH4169 మరియు GH4141 ఇంటిగ్రల్ టర్బైన్లు ఎక్కువగా ఉపయోగించబడతాయి మరియు GH2038A ఇంజిన్ షాఫ్ట్ కోసం ఉపయోగించబడుతుంది.