Aliazhet me temperaturë të lartë quhen edhe aliazh me rezistencë ndaj nxehtësisë. Sipas strukturës së matricës, materialet mund të ndahen në tri kategori: me bazë hekuri, me bazë nikeli dhe me bazë kromi. Sipas mënyrës së prodhimit, ato mund të ndahen në superaliazh të deformuar dhe superaliazh të derdhur.
Është një lëndë e parë e domosdoshme në fushën e hapësirës ajrore. Është materiali kyç për pjesën me temperaturë të lartë të motorëve të prodhimit të hapësirës ajrore dhe aviacionit. Përdoret kryesisht për prodhimin e dhomës së djegies, tehut të turbinës, tehut udhëzues, kompresorit dhe diskut të turbinës, kutisë së turbinës dhe pjesëve të tjera. Diapazoni i temperaturës së shërbimit është 600 ℃ - 1200 ℃. Stresi dhe kushtet mjedisore ndryshojnë në varësi të pjesëve të përdorura. Ekzistojnë kërkesa të rrepta për vetitë mekanike, fizike dhe kimike të aliazhit. Është faktori vendimtar për performancën, besueshmërinë dhe jetëgjatësinë e motorit. Prandaj, superaliazh është një nga projektet kryesore kërkimore në fushat e hapësirës ajrore dhe mbrojtjes kombëtare në vendet e zhvilluara.
Zbatimet kryesore të superlidhjeve janë:
1. Aliazh me temperaturë të lartë për dhomën e djegies
Dhoma e djegies (e njohur edhe si tub flake) e motorit të turbinës së aviacionit është një nga komponentët kryesorë të temperaturës së lartë. Meqenëse atomizimi i karburantit, përzierja e vajit dhe gazit dhe procese të tjera kryhen në dhomën e djegies, temperatura maksimale në dhomën e djegies mund të arrijë 1500 ℃ - 2000 ℃, dhe temperatura e murit në dhomën e djegies mund të arrijë 1100 ℃. Në të njëjtën kohë, ajo gjithashtu mbart stres termik dhe stres gazi. Shumica e motorëve me raport të lartë shtytjeje/peshe përdorin dhoma djegieje unazore, të cilat kanë gjatësi të shkurtër dhe kapacitet të lartë nxehtësie. Temperatura maksimale në dhomën e djegies arrin 2000 ℃, dhe temperatura e murit arrin 1150 ℃ pas ftohjes me film gazi ose avulli. Gradientët e mëdhenj të temperaturës midis pjesëve të ndryshme do të gjenerojnë stres termik, i cili do të rritet dhe ulet ndjeshëm kur ndryshon gjendja e punës. Materiali do t'i nënshtrohet goditjes termike dhe ngarkesës së lodhjes termike, dhe do të ketë shtrembërime, çarje dhe defekte të tjera. Në përgjithësi, dhoma e djegies është bërë nga aliazh fletësh, dhe kërkesat teknike përmblidhen si më poshtë sipas kushteve të shërbimit të pjesëve specifike: ka rezistencë të caktuar ndaj oksidimit dhe rezistencë ndaj korrozionit të gazit në kushtet e përdorimit të aliazhit dhe gazit në temperaturë të lartë; ka rezistencë të caktuar të menjëhershme dhe të qëndrueshme, performancë të lodhjes termike dhe koeficient të ulët zgjerimi; ka plasticitet dhe aftësi saldimi të mjaftueshme për të siguruar përpunimin, formimin dhe lidhjen; ka stabilitet të mirë organizativ nën ciklin termik për të siguruar funksionim të besueshëm brenda jetëgjatësisë së shërbimit.
a. Laminat poroz i aliazhit MA956
Në fazën e hershme, laminati poroz u prodhua nga fletë aliazhi HS-188 me anë të lidhjes difuzive, pasi u fotografua, u gdhend, u bë kanal dhe u shpua. Shtresa e brendshme mund të shndërrohet në një kanal ideal ftohjeje sipas kërkesave të projektimit. Kjo ftohje strukturore ka nevojë vetëm për 30% të gazit ftohës të ftohjes tradicionale me film, gjë që mund të përmirësojë efikasitetin e ciklit termik të motorit, të zvogëlojë kapacitetin aktual mbajtës të nxehtësisë së materialit të dhomës së djegies, të zvogëlojë peshën dhe të rrisë raportin shtytje-peshë. Aktualisht, është ende e nevojshme të depërtohet në teknologjinë kryesore përpara se të vihet në përdorim praktik. Laminati poroz i bërë nga MA956 është një brez i ri i materialit të dhomës së djegies i prezantuar nga Shtetet e Bashkuara, i cili mund të përdoret në 1300 ℃.
b. Zbatimi i kompozitëve qeramikë në dhomën e djegies
Shtetet e Bashkuara kanë filluar të verifikojnë fizibilitetin e përdorimit të qeramikës për turbinat me gaz që nga viti 1971. Në vitin 1983, disa grupe të angazhuara në zhvillimin e materialeve të përparuara në Shtetet e Bashkuara kanë formuluar një seri treguesish të performancës për turbinat me gaz të përdorura në avionët e përparuar. Këta tregues janë: rritja e temperaturës së hyrjes së turbinës në 2200 ℃; Operimi në gjendjen e djegies së llogaritjes kimike; Ulja e dendësisë së aplikuar në këto pjesë nga 8g/cm3 në 5g/cm3; Anulimi i ftohjes së komponentëve. Për të përmbushur këto kërkesa, materialet e studiuara përfshijnë grafit, matricë metalike, kompozite me matricë qeramike dhe komponime ndërmetalike përveç qeramikës njëfazore. Kompozitet me matricë qeramike (CMC) kanë avantazhet e mëposhtme:
Koeficienti i zgjerimit të materialit qeramik është shumë më i vogël se ai i lidhjeve me bazë nikeli, dhe veshja hiqet lehtë. Prodhimi i kompozitëve qeramikë me material metalik të ndërmjetëm mund të kapërcejë defektin e copëzimit, i cili është drejtimi i zhvillimit të materialeve të dhomës së djegies. Ky material mund të përdoret me 10% - 20% ajër ftohës, dhe temperatura e izolimit të pasmë metalik është vetëm rreth 800 ℃, dhe temperatura e mbajtjes së nxehtësisë është shumë më e ulët se ajo e ftohjes divergjente dhe ftohjes së filmit. Pllaka mbrojtëse me veshje qeramike B1900+ prej superaliazhi të derdhur përdoret në motorin V2500, dhe drejtimi i zhvillimit është të zëvendësojë pllakën B1900 (me veshje qeramike) me kompozit me bazë SiC ose kompozit antioksidues C/C. Kompoziti me matricë qeramike është materiali i zhvillimit të dhomës së djegies së motorit me një raport peshe shtytjeje prej 15-20, dhe temperatura e tij e shërbimit është 1538 ℃ - 1650 ℃. Përdoret për tubin e flakës, murin lundrues dhe pas-djegësin.
2. Aliazh me temperaturë të lartë për turbinë
Tehu i turbinës së motorit ajror është një nga komponentët që mban ngarkesën më të rëndë të temperaturës dhe mjedisin më të keq të punës në motorin ajror. Ai duhet të mbajë stres shumë të madh dhe kompleks nën temperaturë të lartë, kështu që kërkesat e tij për materiale janë shumë të rrepta. Superaliazhet për tehet e turbinës së motorit ajror ndahen në:
a. Aliazh me temperaturë të lartë për udhëzues
Deflektori është një nga pjesët e motorrit të turbinës që ndikohet më shumë nga nxehtësia. Kur ndodh djegie e pabarabartë në dhomën e djegies, ngarkesa e ngrohjes së fletës udhëzuese të fazës së parë është e madhe, e cila është arsyeja kryesore për dëmtimin e fletës udhëzuese. Temperatura e saj e shërbimit është rreth 100 ℃ më e lartë se ajo e tehut të turbinës. Dallimi është se pjesët statike nuk i nënshtrohen ngarkesës mekanike. Zakonisht, është e lehtë të shkaktohet stres termik, shtrembërim, çarje nga lodhja termike dhe djegie lokale e shkaktuar nga ndryshimi i shpejtë i temperaturës. Aliazhi i fletës udhëzuese duhet të ketë vetitë e mëposhtme: rezistencë të mjaftueshme në temperaturë të lartë, performancë të përhershme të zvarritjes dhe performancë të mirë të lodhjes termike, rezistencë të lartë ndaj oksidimit dhe performancë të korrozionit termik, rezistencë ndaj stresit termik dhe dridhjeve, aftësi deformimi në përkulje, performancë të mirë të procesit të derdhjes dhe saldueshmërisë, dhe performancë të mbrojtjes së veshjes.
Aktualisht, shumica e motorëve të përparuar me raport të lartë shtytjeje/peshe përdorin tehe të derdhura boshe, dhe zgjidhen superaliazhe me bazë nikeli të drejtuara dhe monokristalesh. Motori me raport të lartë shtytjeje-peshe ka një temperaturë të lartë prej 1650 ℃ - 1930 ℃ dhe duhet të mbrohet me shtresë izoluese termike. Temperatura e shërbimit të aliazhit të tehut në kushte ftohjeje dhe mbrojtjeje të veshjes është më shumë se 1100 ℃, gjë që paraqet kërkesa të reja dhe më të larta për koston e dendësisë së temperaturës së materialit të tehut udhëzues në të ardhmen.
b. Superaliazhe për fletët e turbinave
Tehet e turbinës janë pjesët kryesore rrotulluese që mbajnë nxehtësi të motorëve të avionit. Temperatura e tyre e funksionimit është 50 ℃ - 100 ℃ më e ulët se tehet udhëzuese. Ato përballojnë stres të madh centrifugale, stres dridhjeje, stres termik, gërryerje të rrjedhës së ajrit dhe efekte të tjera gjatë rrotullimit, dhe kushtet e punës janë të dobëta. Jetëgjatësia e shërbimit të komponentëve të skajit të nxehtë të motorit me raport të lartë shtytjeje/peshe është më shumë se 2000 orë. Prandaj, aliazhi i tehut të turbinës duhet të ketë rezistencë të lartë ndaj zvarritjes dhe forcë këputjeje në temperaturën e shërbimit, veti të mira gjithëpërfshirëse në temperatura të larta dhe të mesme, të tilla si lodhje e ciklit të lartë dhe të ulët, lodhje e të ftohtit dhe e të nxehtit, plasticitet dhe rezistencë të mjaftueshme ndaj goditjes, dhe ndjeshmëri ndaj prerjes; Rezistencë e lartë ndaj oksidimit dhe rezistencë ndaj korrozionit; Përçueshmëri e mirë termike dhe koeficient i ulët i zgjerimit linear; Performancë e mirë e procesit të derdhjes; Stabilitet strukturor afatgjatë, pa reshje të fazës TCP në temperaturën e shërbimit. Aliazhi i aplikuar kalon nëpër katër faza; Aplikimet e aliazhit të deformuar përfshijnë GH4033, GH4143, GH4118, etj. Zbatimi i aliazhit të derdhur përfshin K403, K417, K418, K405, arin e ngurtësuar në mënyrë të drejtuar DZ4, DZ22, aliazhin monokristalor DD3, DD8, PW1484, etj. Aktualisht, është zhvilluar në gjeneratën e tretë të aliazheve monokristalor. Aliazhet monokristalor DD3 dhe DD8 të Kinës përdoren përkatësisht në turbinat, motorët turbofan, helikopterët dhe motorët e anijeve të Kinës.
3. Aliazh me temperaturë të lartë për diskun e turbinës
Disku i turbinës është pjesa rrotulluese më e stresuar e motorit të turbinës. Temperatura e punës së flanxhës së rrotës së motorit me raportin e peshës së shtytjes prej 8 dhe 10 arrin 650 ℃ dhe 750 ℃, dhe temperatura e qendrës së rrotës është rreth 300 ℃, me një ndryshim të madh temperature. Gjatë rrotullimit normal, ajo e shtyn tehun të rrotullohet me shpejtësi të lartë dhe mban forcën maksimale centrifugale, stresin termik dhe stresin e dridhjeve. Çdo fillim dhe ndalim është një cikël, qendra e rrotës. Gryka, fundi i brazdës dhe buza mbajnë të gjitha strese të ndryshme të përbërë. Aliazhit i kërkohet të ketë rezistencën më të lartë të rrjedhjes, rezistencën ndaj goditjes dhe ndjeshmërinë pa prerje në temperaturën e shërbimit; Koeficient të ulët të zgjerimit linear; Rezistencë të caktuar ndaj oksidimit dhe korrozionit; Performancë të mirë prerjeje.
4. Superaliazh hapësinor
Superaliazhi në motorin e raketave me karburant të lëngshëm përdoret si paneli i injektorit të karburantit të dhomës së djegies në dhomën e shtytjes; bërryli, flanxha, elementi i fiksimit të timonit prej grafiti të pompës së turbinës, etj. Aliazhi me temperaturë të lartë në motorin e raketave me karburant të lëngshëm përdoret si paneli i injektorit të dhomës së karburantit në dhomën e shtytjes; bërryli, flanxha, elementi i fiksimit të timonit prej grafiti të pompës së turbinës, etj. GH4169 përdoret si material për rotorin e turbinës, boshtin, mëngën e boshtit, elementin e fiksimit dhe pjesë të tjera të rëndësishme të kushinetës.
Materialet e rotorit të turbinës së motorit amerikan të raketave me lëng përfshijnë kryesisht tubin e marrjes, tehun e turbinës dhe diskun. Aliazhi GH1131 përdoret kryesisht në Kinë, dhe tehu i turbinës varet nga temperatura e punës. Inconel x, Alloy713c, Astroloy dhe Mar-M246 duhet të përdoren në mënyrë të njëpasnjëshme; Materialet e diskut të rrotës përfshijnë Inconel 718, Waspaloy, etj. Përdoren kryesisht turbinat integrale GH4169 dhe GH4141, dhe GH2038A përdoret për boshtin e motorit.