Բարձր ջերմաստիճանային համաձուլվածքը կոչվում է նաև ջերմակայուն համաձուլվածք: Մատրիցային կառուցվածքի համաձայն՝ նյութերը կարելի է բաժանել երեք կատեգորիայի՝ երկաթի, նիկելի և քրոմի վրա հիմնված: Արտադրության եղանակի համաձայն՝ այն կարելի է բաժանել դեֆորմացված գերհամաձուլվածքի և ձուլված գերհամաձուլվածքի:
Այն անփոխարինելի հումք է ավիատիեզերական ոլորտում։ Այն ավիատիեզերական և ավիացիոն շարժիչների բարձր ջերմաստիճանային մասերի հիմնական նյութն է։ Այն հիմնականում օգտագործվում է այրման խցիկի, տուրբինի թևերի, ուղղորդող թևերի, կոմպրեսորի և տուրբինի սկավառակի, տուրբինի պատյանի և այլ մասերի արտադրության համար։ Աշխատանքային ջերմաստիճանի միջակայքը 600 ℃ - 1200 ℃ է։ Լարվածությունը և շրջակա միջավայրի պայմանները տարբերվում են օգտագործվող մասերից կախված։ Համաձուլվածքի մեխանիկական, ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների նկատմամբ կան խիստ պահանջներ։ Այն շարժիչի աշխատանքի, հուսալիության և կյանքի տևողության որոշիչ գործոն է։ Հետևաբար, գերհամաձուլվածքը զարգացած երկրներում ավիատիեզերական և ազգային պաշտպանության ոլորտներում հիմնական հետազոտական նախագծերից մեկն է։
Սուպերհամաձուլվածքների հիմնական կիրառություններն են՝
1. Բարձր ջերմաստիճանի համաձուլվածք այրման խցիկի համար
Ավիացիոն տուրբինային շարժիչի այրման խցիկը (հայտնի է նաև որպես բոցային խողովակ) բարձր ջերմաստիճանի հիմնական բաղադրիչներից մեկն է: Քանի որ վառելիքի ատոմիզացումը, յուղի և գազի խառնումը և այլ գործընթացներ իրականացվում են այրման խցիկում, այրման խցիկում առավելագույն ջերմաստիճանը կարող է հասնել 1500 ℃ - 2000 ℃-ի, իսկ այրման խցիկում պատի ջերմաստիճանը կարող է հասնել 1100 ℃-ի: Միևնույն ժամանակ, այն նաև կրում է ջերմային և գազային լարվածություն: Բարձր քարշ/քաշ հարաբերակցություն ունեցող շարժիչների մեծ մասն օգտագործում է օղակաձև այրման խցիկներ, որոնք ունեն կարճ երկարություն և բարձր ջերմունակություն: Գազային թաղանթով կամ գոլորշու սառեցումից հետո այրման խցիկում առավելագույն ջերմաստիճանը հասնում է 2000 ℃-ի, իսկ պատի ջերմաստիճանը հասնում է 1150 ℃-ի: Տարբեր մասերի միջև ջերմաստիճանի մեծ գրադիենտները կառաջացնեն ջերմային լարվածություն, որը կտրուկ կբարձրանա և կնվազի աշխատանքային վիճակի փոփոխության դեպքում: Նյութը կենթարկվի ջերմային ցնցման և ջերմային հոգնածության բեռի, և կլինեն աղավաղումներ, ճաքեր և այլ թերություններ: Ընդհանուր առմամբ, այրման խցիկը պատրաստված է թերթային համաձուլվածքից, և տեխնիկական պահանջները ամփոփված են հետևյալ կերպ՝ բարձր ջերմաստիճանի համաձուլվածքի և գազի օգտագործման պայմաններում այն ունի որոշակի օքսիդացման դիմադրություն և գազի կոռոզիոն դիմադրություն։ Այն ունի որոշակի ակնթարթային և դիմացկունության դիմադրություն, ջերմային հոգնածության ցուցանիշներ և ցածր ընդարձակման գործակից։ Այն ունի բավարար պլաստիկություն և եռակցման ունակություն՝ մշակման, ձևավորման և միացման ապահովման համար։ Այն ունի լավ կազմակերպչական կայունություն ջերմային ցիկլի ընթացքում՝ ծառայության ժամկետի ընթացքում հուսալի աշխատանք ապահովելու համար։
ա. MA956 համաձուլվածքային ծակոտկեն լամինատ
Սկզբնական փուլում ծակոտկեն լամինատը պատրաստվում էր HS-188 համաձուլվածքի թերթիկից՝ դիֆուզիոն միացման միջոցով, լուսանկարվելուց, փորագրելուց, ակոսավորելուց և ծակոտկենելուց հետո: Ներքին շերտը կարող է վերածվել իդեալական սառեցման ալիքի՝ համաձայն նախագծման պահանջների: Այս կառուցվածքային սառեցման համար անհրաժեշտ է ավանդական թաղանթային սառեցման սառեցման գազի միայն 30%-ը, ինչը կարող է բարելավել շարժիչի ջերմային ցիկլի արդյունավետությունը, նվազեցնել այրման խցիկի նյութի իրական ջերմունակությունը, նվազեցնել քաշը և մեծացնել հրման-քաշ հարաբերակցությունը: Ներկայումս դեռևս անհրաժեշտ է ներդնել հիմնական տեխնոլոգիան, նախքան այն գործնականում կիրառելը: MA956-ից պատրաստված ծակոտկեն լամինատը Միացյալ Նահանգներում ներդրված այրման խցիկի նյութի նոր սերունդ է, որը կարող է օգտագործվել 1300 ℃ ջերմաստիճանում:
բ. Կերամիկական կոմպոզիտների կիրառումը այրման խցիկում
Միացյալ Նահանգները սկսել է ստուգել գազային տուրբինների համար կերամիկայի օգտագործման հնարավորությունը 1971 թվականից ի վեր: 1983 թվականին Միացյալ Նահանգներում առաջադեմ նյութերի մշակմամբ զբաղվող որոշ խմբեր մշակել են առաջադեմ ինքնաթիռներում օգտագործվող գազային տուրբինների համար կատարողականի մի շարք ցուցանիշներ: Այդ ցուցանիշներն են՝ տուրբինի մուտքի ջերմաստիճանը բարձրացնել մինչև 2200 ℃, աշխատել քիմիական հաշվարկի այրման վիճակում, նվազեցնել այդ մասերին կիրառվող խտությունը 8 գ/սմ3-ից մինչև 5 գ/սմ3, չեղարկել բաղադրիչների սառեցումը: Այս պահանջները բավարարելու համար ուսումնասիրված նյութերը, միաֆազ կերամիկայից բացի, ներառում են գրաֆիտ, մետաղական մատրից, կերամիկական մատրիցային կոմպոզիտներ և միջմետաղական միացություններ: Կերամիկական մատրիցային կոմպոզիտները (ԿՄԿ) ունեն հետևյալ առավելությունները.
Կերամիկական նյութի ընդարձակման գործակիցը շատ ավելի փոքր է, քան նիկելի վրա հիմնված համաձուլվածքինը, և ծածկույթը հեշտությամբ պոկվում է: Միջանկյալ մետաղական թաղանթով կերամիկական կոմպոզիտների պատրաստումը կարող է հաղթահարել թեփոտման թերությունը, որը այրման խցիկի նյութերի զարգացման ուղղությունն է: Այս նյութը կարող է օգտագործվել 10% - 20% սառեցման օդի հետ, և մետաղական հետին մեկուսացման ջերմաստիճանը ընդամենը մոտ 800 ℃ է, և ջերմությունը կրող ջերմաստիճանը շատ ավելի ցածր է, քան դիվերգենտ սառեցման և թաղանթային սառեցման դեպքում: V2500 շարժիչում օգտագործվում է ձուլված գերհամաձուլվածք B1900+ կերամիկական ծածկույթով պաշտպանիչ սալիկ, և զարգացման ուղղությունը B1900 (կերամիկական ծածկույթով) սալիկները SiC-ի վրա հիմնված կոմպոզիտով կամ հակաօքսիդացնող C/C կոմպոզիտով փոխարինելն է: Կերամիկական մատրիցային կոմպոզիտը շարժիչի այրման խցիկի մշակման նյութ է՝ 15-20 հրման քաշի հարաբերակցությամբ, և դրա շահագործման ջերմաստիճանը 1538 ℃ - 1650 ℃ է: Այն օգտագործվում է բոցային խողովակի, լողացող պատի և հետայրիչի համար:
2. Բարձր ջերմաստիճանի համաձուլվածք տուրբինի համար
Ավիաշարժիչի տուրբինի թևը ավիաշարժիչի ամենաուժեղ ջերմաստիճանային բեռը և աշխատանքային միջավայրի ամենավատ միջավայրը կրող բաղադրիչներից մեկն է: Այն պետք է դիմանա շատ մեծ և բարդ լարվածության բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում, ուստի դրա նյութական պահանջները շատ խիստ են: Ավիաշարժիչի տուրբինի թևերի համար նախատեսված գերհամաձուլվածքները բաժանվում են՝
ա. Բարձր ջերմաստիճանի համաձուլվածք ուղեցույցի համար
Դեֆլեկտորը տուրբինային շարժիչի այն մասերից մեկն է, որը ամենաշատն է տուժում ջերմությունից: Երբ այրման խցիկում տեղի է ունենում անհավասար այրում, առաջին փուլի ուղղորդող թևի տաքացման բեռը մեծ է, ինչը ուղղորդող թևի վնասման հիմնական պատճառն է: Դրա աշխատանքային ջերմաստիճանը մոտ 100 ℃-ով բարձր է տուրբինի թևի ջերմաստիճանից: Տարբերությունն այն է, որ ստատիկ մասերը չեն ենթարկվում մեխանիկական բեռնվածության: Սովորաբար, ջերմաստիճանի արագ փոփոխության պատճառով հեշտ է առաջացնել ջերմային լարվածություն, աղավաղում, ջերմային հոգնածության ճաքեր և տեղային այրվածքներ: Ուղղորդող թևի համաձուլվածքը պետք է ունենա հետևյալ հատկությունները՝ բավարար բարձր ջերմաստիճանային դիմադրություն, մշտական սողքի կատարողականություն և լավ ջերմային հոգնածության կատարողականություն, բարձր օքսիդացման դիմադրություն և ջերմային կոռոզիայի կատարողականություն, ջերմային լարվածության և թրթռման դիմադրություն, ծռման դեֆորմացիայի ունակություն, լավ ձուլման գործընթացի ձուլման կատարողականություն և եռակցման ունակություն, ինչպես նաև ծածկույթի պաշտպանության կատարողականություն:
Ներկայումս բարձր քարշ/քաշ հարաբերակցությամբ առաջադեմ շարժիչների մեծ մասն օգտագործում է խոռոչ ձուլածո շեղբեր, և ընտրվում են ուղղորդված և միաբյուրեղային նիկելի վրա հիմնված գերհամաձուլվածքներ: Բարձր քարշ-քաշ հարաբերակցությամբ շարժիչն ունի 1650 ℃ - 1930 ℃ բարձր ջերմաստիճան և պետք է պաշտպանված լինի ջերմամեկուսիչ ծածկույթով: Սառեցման և ծածկույթի պաշտպանության պայմաններում շեղբի համաձուլվածքի աշխատանքային ջերմաստիճանը ավելի քան 1100 ℃ է, ինչը ապագայում առաջ է քաշում ուղեցույց շեղբի նյութի ջերմաստիճանային խտության արժեքի նոր և ավելի բարձր պահանջներ:
բ. Տուրբինի թևերի համար նախատեսված գերհամաձուլվածքներ
Տուրբինային շեղբերը ավիաշարժիչների հիմնական ջերմակրող պտտվող մասերն են։ Դրանց աշխատանքային ջերմաստիճանը 50 ℃-100 ℃-ով ցածր է, քան ուղղորդող շեղբերինը։ Դրանք պտտման ժամանակ կրում են մեծ կենտրոնախույս լարվածություն, տատանումների լարվածություն, ջերմային լարվածություն, օդային հոսքի քերծվածք և այլ ազդեցություններ, և աշխատանքային պայմանները վատն են։ Շարժիչի տաք ծայրի բաղադրիչների ծառայության ժամկետը, որոնք ունեն բարձր հրող ուժ/քաշ հարաբերակցություն, ավելի քան 2000 ժամ է։ Հետևաբար, տուրբինային շեղբերի համաձուլվածքը պետք է ունենա բարձր սողալու դիմադրություն և պատռման դիմադրություն աշխատանքային ջերմաստիճանում, լավ բարձր և միջին ջերմաստիճանների համապարփակ հատկություններ, ինչպիսիք են բարձր և ցածր ցիկլային հոգնածությունը, սառը և տաք հոգնածությունը, բավարար պլաստիկություն և հարվածային դիմացկունություն, ինչպես նաև կտրվածքի զգայունություն։ Բարձր օքսիդացման դիմադրություն և կոռոզիայի դիմադրություն։ Լավ ջերմահաղորդականություն և գծային ընդարձակման ցածր գործակից։ Լավ ձուլման գործընթացի կատարողականություն։ Երկարաժամկետ կառուցվածքային կայունություն, աշխատանքային ջերմաստիճանում TCP փուլային տեղումների բացակայություն։ Կիրառվող համաձուլվածքն անցնում է չորս փուլով։ Դեֆորմացված համաձուլվածքի կիրառությունները ներառում են GH4033, GH4143, GH4118 և այլն։ Ձուլման համաձուլվածքի կիրառումը ներառում է K403, K417, K418, K405, ուղղորդված կարծրացված ոսկի DZ4, DZ22, միաբյուրեղային համաձուլվածք DD3, DD8, PW1484 և այլն: Ներկայումս այն զարգացել է մինչև միաբյուրեղային համաձուլվածքների երրորդ սերունդը: Չինաստանի միաբյուրեղային DD3 և DD8 համաձուլվածքները համապատասխանաբար օգտագործվում են Չինաստանի տուրբիններում, տուրբոօդափոխիչ շարժիչներում, ուղղաթիռներում և նավային շարժիչներում:
3. Բարձր ջերմաստիճանի համաձուլվածք տուրբինային սկավառակի համար
Տուրբինային սկավառակը տուրբինային շարժիչի ամենաշատ լարվածության տակ գտնվող պտտվող կրող մասն է։ Շարժիչի անիվի եզրի աշխատանքային ջերմաստիճանը՝ 8 և 10 հարաբերությամբ, հասնում է 650 ℃ և 750 ℃-ի, իսկ անիվի կենտրոնի ջերմաստիճանը մոտ 300 ℃ է՝ ջերմաստիճանի մեծ տարբերությամբ։ Նորմալ պտտման ժամանակ այն մղում է սայրը բարձր արագությամբ պտտելու և կրում է առավելագույն կենտրոնախույս ուժը, ջերմային լարվածությունը և տատանման լարվածությունը։ Յուրաքանչյուր մեկնարկ և կանգառ անիվի կենտրոնի ցիկլ է։ Կոկորդը, ակոսի հատակը և եզրը բոլորը կրում են տարբեր կոմպոզիտային լարվածություններ։ Համաձուլվածքը պետք է ունենա ամենաբարձր հոսունության սահմանը, հարվածային դիմադրողականությունը և առանց կտրվածքի զգայունության աշխատանքային ջերմաստիճանում։ Ցածր գծային ընդարձակման գործակից։ Որոշակի օքսիդացման և կոռոզիայի դիմադրություն։ Լավ կտրման կատարողականություն։
4. Ավիատիեզերական գերհամաձուլվածք
Հեղուկային հրթիռային շարժիչի գերհամաձուլվածքն օգտագործվում է որպես հրաձգային խցիկի այրման խցիկի վառելիքի ներարկիչի վահանակ. տուրբինային պոմպի արմունկ, եզր, գրաֆիտային ղեկի ամրակ և այլն: Հեղուկային հրթիռային շարժիչի բարձր ջերմաստիճանի համաձուլվածքն օգտագործվում է որպես հրաձգային խցիկի վառելիքի խցիկի ներարկիչի վահանակ. տուրբինային պոմպի արմունկ, եզր, գրաֆիտային ղեկի ամրակ և այլն: GH4169-ը օգտագործվում է որպես տուրբինի ռոտորի, լիսեռի, լիսեռի թևքի, ամրակի և այլ կարևոր կրող մասերի նյութ:
Ամերիկյան հեղուկային հրթիռային շարժիչի տուրբինային ռոտորի նյութերը հիմնականում ներառում են մուտքային խողովակ, տուրբինային թև և սկավառակ: GH1131 համաձուլվածքը հիմնականում օգտագործվում է Չինաստանում, իսկ տուրբինային թևը կախված է աշխատանքային ջերմաստիճանից: Inconel x, Alloy713c, Astroloy և Mar-M246-ը պետք է օգտագործվեն հաջորդաբար: Անիվի սկավառակի նյութերից են Inconel 718, Waspaloy և այլն: Հիմնականում օգտագործվում են GH4169 և GH4141 ինտեգրալ տուրբինները, իսկ շարժիչի լիսեռի համար օգտագործվում է GH2038A-ն: