• head_banner_01

علوم وتكنولوجيا الفضاء

علوم وتكنولوجيا الفضاء

تسمى السبائك ذات درجة الحرارة العالية أيضًا بسبائك القوة الحرارية.وفقًا لهيكل المصفوفة، يمكن تقسيم المواد إلى ثلاث فئات: القائمة على الحديد والنيكل والكروم.وفقًا لطريقة الإنتاج، يمكن تقسيمها إلى سبائك فائقة مشوهة وسبائك فائقة مصبوبة.

إنها مادة خام لا غنى عنها في مجال الطيران.إنها المادة الرئيسية للجزء ذي درجة الحرارة العالية من محركات تصنيع الطيران والفضاء.إنها تستخدم بشكل رئيسي لتصنيع غرفة الاحتراق، شفرة التوربين، شفرة التوجيه، الضاغط وقرص التوربين، علبة التوربين وأجزاء أخرى.نطاق درجة حرارة الخدمة هو 600 درجة مئوية - 1200 درجة مئوية.يختلف الضغط والظروف البيئية باختلاف الأجزاء المستخدمة.هناك متطلبات صارمة للخصائص الميكانيكية والفيزيائية والكيميائية للسبائك.إنه العامل الحاسم لأداء المحرك وموثوقيته وعمره.لذلك، تعد السبائك الفائقة أحد المشاريع البحثية الرئيسية في مجالات الطيران والدفاع الوطني في البلدان المتقدمة.
التطبيقات الرئيسية للسبائك الفائقة هي:

1. سبيكة ذات درجة حرارة عالية لغرفة الاحتراق

تعد غرفة الاحتراق (المعروفة أيضًا باسم أنبوب اللهب) للمحرك التوربيني للطيران أحد المكونات الرئيسية ذات درجة الحرارة العالية.منذ أن يتم تنفيذ عملية ذرية الوقود وخلط الزيت والغاز وغيرها من العمليات في غرفة الاحتراق، يمكن أن تصل درجة الحرارة القصوى في غرفة الاحتراق إلى 1500 درجة مئوية - 2000 درجة مئوية، ويمكن أن تصل درجة حرارة الجدار في غرفة الاحتراق إلى 1100 درجة مئوية.وفي الوقت نفسه، فإنه يتحمل أيضًا الإجهاد الحراري وإجهاد الغاز.تستخدم معظم المحركات ذات نسبة الدفع/الوزن العالية غرف احتراق حلقية، ذات طول قصير وسعة حرارية عالية.تصل درجة الحرارة القصوى في غرفة الاحتراق إلى 2000 درجة مئوية، وتصل درجة حرارة الجدار إلى 1150 درجة مئوية بعد فيلم الغاز أو التبريد بالبخار.ستؤدي التدرجات الكبيرة في درجات الحرارة بين الأجزاء المختلفة إلى توليد إجهاد حراري، والذي سيرتفع وينخفض ​​بشكل حاد عندما تتغير حالة العمل.ستتعرض المادة للصدمة الحرارية وحمل التعب الحراري، وسيكون هناك تشويه، وشقوق وأخطاء أخرى.بشكل عام، غرفة الاحتراق مصنوعة من سبائك الصفائح، ويتم تلخيص المتطلبات الفنية على النحو التالي وفقًا لظروف الخدمة لأجزاء محددة: لديها مقاومة معينة للأكسدة ومقاومة للتآكل الغازي في ظل ظروف استخدام سبائك وغاز بدرجة حرارة عالية؛لديها بعض القوة الفورية والتحمل، وأداء التعب الحراري ومعامل التمدد المنخفض؛لديها ما يكفي من اللدونة والقدرة على اللحام لضمان المعالجة والتشكيل والاتصال؛تتمتع باستقرار تنظيمي جيد في ظل الدورة الحرارية لضمان التشغيل الموثوق به خلال فترة الخدمة.

أ.MA956 سبيكة صفح مسامية
في المرحلة المبكرة، تم تصنيع الصفائح المسامية من صفائح سبائك HS-188 عن طريق ربط الانتشار بعد تصويرها وحفرها وتخديدها وتثقيبها.يمكن تحويل الطبقة الداخلية إلى قناة تبريد مثالية وفقًا لمتطلبات التصميم.يحتاج تبريد الهيكل هذا فقط إلى 30% من غاز التبريد الخاص بتبريد الغشاء التقليدي، والذي يمكنه تحسين كفاءة الدورة الحرارية للمحرك، وتقليل قدرة تحمل الحرارة الفعلية لمواد غرفة الاحتراق، وتقليل الوزن، وزيادة وزن الدفع. نسبة.في الوقت الحاضر، لا يزال من الضروري اختراق التكنولوجيا الرئيسية قبل وضعها موضع الاستخدام العملي.إن الصفائح المسامية المصنوعة من MA956 هي جيل جديد من مواد غرفة الاحتراق التي قدمتها الولايات المتحدة، والتي يمكن استخدامها عند 1300 درجة مئوية.

ب.تطبيق مركبات السيراميك في غرفة الاحتراق
بدأت الولايات المتحدة في التحقق من جدوى استخدام السيراميك في توربينات الغاز منذ عام 1971. وفي عام 1983، قامت بعض المجموعات العاملة في تطوير المواد المتقدمة في الولايات المتحدة بصياغة سلسلة من مؤشرات الأداء لتوربينات الغاز المستخدمة في الطائرات المتقدمة.هذه المؤشرات هي: زيادة درجة حرارة مدخل التوربين إلى 2200 درجة مئوية؛تعمل تحت حالة الاحتراق للحساب الكيميائي.تقليل الكثافة المطبقة على هذه الأجزاء من 8 جم/سم3 إلى 5 جم/سم3؛إلغاء تبريد المكونات.ومن أجل تلبية هذه المتطلبات، تشمل المواد التي تمت دراستها الجرافيت والمصفوفة المعدنية ومركبات المصفوفة الخزفية والمركبات بين المعادن بالإضافة إلى السيراميك أحادي الطور.تتمتع مركبات المصفوفة الخزفية (CMC) بالمزايا التالية:
معامل التمدد لمواد السيراميك أصغر بكثير من السبائك القائمة على النيكل، والطلاء سهل التقشير.إن تصنيع مركبات السيراميك ذات اللباد المعدني المتوسط ​​يمكن أن يتغلب على عيب التقشر، وهو اتجاه تطوير مواد غرفة الاحتراق.يمكن استخدام هذه المادة مع هواء تبريد بنسبة 10% - 20%، ودرجة حرارة العزل الخلفي المعدني حوالي 800 درجة مئوية فقط، ودرجة حرارة تحمل الحرارة أقل بكثير من درجة حرارة التبريد المتباين وتبريد الغشاء.يتم استخدام البلاط الواقي المطلي بالسيراميك المصبوب من السبائك الفائقة B1900+ في محرك V2500، واتجاه التطوير هو استبدال البلاط B1900 (مع طلاء السيراميك) بمركب قائم على SiC أو مركب C/C مضاد للأكسدة.مركب المصفوفة الخزفية هو مادة تطوير غرفة احتراق المحرك مع نسبة وزن دفع 15-20، ودرجة حرارة الخدمة هي 1538 ℃ - 1650 ℃.يتم استخدامه لأنبوب اللهب والجدار العائم والحارق اللاحق.

2. سبيكة ذات درجة حرارة عالية للتوربينات

تعد شفرة توربين المحرك الهوائي أحد المكونات التي تتحمل أقصى درجات الحرارة وأسوأ بيئة عمل في المحرك الهوائي.يجب أن تتحمل ضغوطًا كبيرة ومعقدة جدًا تحت درجة حرارة عالية، لذلك متطلباتها المادية صارمة للغاية.تنقسم السبائك الفائقة لشفرات توربينات المحركات الهوائية إلى:

1657175596157577

أ. سبيكة ذات درجة حرارة عالية للدليل
يعد العاكس أحد أجزاء المحرك التوربيني الأكثر تأثراً بالحرارة.عندما يحدث احتراق غير متساوٍ في غرفة الاحتراق، يكون حمل التسخين لريشة التوجيه للمرحلة الأولى كبيرًا، وهو السبب الرئيسي لتلف ريشة التوجيه.درجة حرارة الخدمة أعلى بحوالي 100 درجة مئوية من درجة حرارة شفرة التوربين.الفرق هو أن الأجزاء الثابتة لا تخضع للحمل الميكانيكي.عادة، من السهل التسبب في الإجهاد الحراري، والتشويه، وتشقق التعب الحراري والحرق المحلي الناجم عن التغير السريع في درجة الحرارة.يجب أن تتمتع سبيكة ريشة التوجيه بالخصائص التالية: قوة كافية لدرجات الحرارة العالية، أداء زحف دائم وأداء جيد للتعب الحراري، مقاومة عالية للأكسدة وأداء التآكل الحراري، مقاومة الإجهاد الحراري والاهتزاز، قدرة تشوه الانحناء، أداء قولبة جيد في عملية الصب وقابلية اللحام، وأداء حماية الطلاء.
في الوقت الحاضر، تستخدم معظم المحركات المتقدمة ذات نسبة الدفع/الوزن العالية شفرات مصبوبة مجوفة، ويتم اختيار السبائك الفائقة المعتمدة على النيكل والسبائك الفائقة أحادية البلورة.المحرك ذو نسبة الدفع إلى الوزن العالية لديه درجة حرارة عالية تتراوح بين 1650 درجة مئوية - 1930 درجة مئوية ويحتاج إلى الحماية بطبقة عازلة للحرارة.تبلغ درجة حرارة الخدمة لسبائك الشفرة في ظل ظروف التبريد وحماية الطلاء أكثر من 1100 درجة مئوية، مما يفرض متطلبات جديدة وأعلى لتكلفة كثافة درجة الحرارة لمواد شفرة التوجيه في المستقبل.

ب.السبائك الفائقة لشفرات التوربينات
تعتبر شفرات التوربينات الأجزاء الدوارة الرئيسية الحاملة للحرارة في المحركات الهوائية.درجة حرارة التشغيل الخاصة بها هي 50 درجة مئوية - 100 درجة مئوية أقل من شفرات التوجيه.إنها تتحمل إجهادًا كبيرًا للطرد المركزي، وإجهاد الاهتزاز، والإجهاد الحراري، وتجفيف تدفق الهواء وغيرها من التأثيرات عند الدوران، كما أن ظروف العمل سيئة.عمر الخدمة للمكونات الساخنة للمحرك مع نسبة الدفع/الوزن العالية يزيد عن 2000 ساعة.لذلك، يجب أن تتمتع سبيكة شفرة التوربين بمقاومة عالية للزحف وقوة تمزق عند درجة حرارة الخدمة، وخصائص شاملة جيدة لدرجة الحرارة العالية والمتوسطة، مثل إجهاد الدورة العالية والمنخفضة، والتعب البارد والساخن، واللدونة الكافية وصلابة التأثير، وحساسية الشق؛مقاومة عالية للأكسدة ومقاومة للتآكل.الموصلية الحرارية الجيدة ومعامل التمدد الخطي المنخفض؛أداء جيد لعملية الصب.الاستقرار الهيكلي على المدى الطويل، لا يوجد ترسيب في مرحلة TCP عند درجة حرارة الخدمة.تمر السبيكة المطبقة بأربع مراحل؛تشمل تطبيقات السبائك المشوهة GH4033، GH4143، GH4118، إلخ؛يشمل تطبيق سبائك الصب K403، K417، K418، K405، الذهب المتصلب بشكل مباشر DZ4، DZ22، سبيكة بلورية واحدة DD3، DD8، PW1484، إلخ. في الوقت الحاضر، تطورت إلى الجيل الثالث من السبائك البلورية المفردة.يتم استخدام السبائك البلورية الأحادية DD3 وDD8 الصينية على التوالي في التوربينات والمحركات التوربينية والمروحيات والمحركات المحمولة على السفن في الصين.

3. سبيكة ذات درجة حرارة عالية للقرص التوربيني

قرص التوربين هو الجزء الأكثر إجهادًا في المحرك التوربيني.درجة حرارة العمل لحافة عجلة المحرك مع نسبة وزن الدفع 8 و10 تصل إلى 650 درجة مئوية و750 درجة مئوية، ودرجة حرارة مركز العجلة حوالي 300 درجة مئوية، مع اختلاف كبير في درجة الحرارة.أثناء الدوران العادي، فإنه يدفع الشفرة للدوران بسرعة عالية ويتحمل أقصى قوة طرد مركزي، والضغط الحراري وضغط الاهتزاز.كل بداية وتوقف عبارة عن دورة ومركز عجلة.يتحمل الحلق وأسفل الأخدود والحافة ضغوطًا مركبة مختلفة.يجب أن تتمتع السبيكة بأعلى قوة إنتاجية وصلابة تأثير وعدم وجود حساسية للشق عند درجة حرارة الخدمة؛معامل التمدد الخطي المنخفض؛بعض الأكسدة ومقاومة التآكل.أداء قطع جيد.

4. السبائك الفضائية الفائقة

يتم استخدام السبائك الفائقة في محرك الصاروخ السائل كلوحة حاقن الوقود لغرفة الاحتراق في غرفة الدفع؛كوع المضخة التوربينية، الحافة، مثبت الدفة الجرافيت، إلخ. يتم استخدام سبيكة ذات درجة حرارة عالية في محرك الصاروخ السائل كلوحة حاقن لغرفة الوقود في غرفة الدفع؛كوع مضخة التوربين، الحافة، مثبت الدفة الجرافيت، إلخ. يتم استخدام GH4169 كمواد لدوار التوربين، العمود، غلاف العمود، المثبت وأجزاء المحمل المهمة الأخرى.

تشتمل مواد الدوار التوربيني لمحرك الصاروخ السائل الأمريكي بشكل أساسي على أنبوب السحب وشفرة التوربين والقرص.يتم استخدام سبيكة GH1131 في الغالب في الصين، وتعتمد شفرة التوربين على درجة حرارة العمل.يجب استخدام Inconel x وAlloy713c وAstroloy وMar-M246 على التوالي؛تشمل مواد قرص العجلة Inconel 718، Waspaloy، إلخ. يتم استخدام التوربينات المتكاملة GH4169 وGH4141 في الغالب، ويتم استخدام GH2038A لعمود المحرك.