Hochtemperaturlegierungen: Hauptmaterialien für die Luft- und Raumfahrt
I. Übersicht
1. Zusammensetzung von Hochtemperaturlegierungen
Hochtemperaturlegierungen basieren auf Eisen, Nickel und Kobalt. Die anderen Hauptelemente sind Chrom, Aluminium, Titan, Wolfram, Molybdän usw. Als erstklassiger Metallwerkstoff können sie über 600 Grad und unter bestimmten Belastungsbedingungen lange Zeit arbeiten. Sie verfügen über eine hohe Temperaturfestigkeit und -beständigkeit. Es bietet zahlreiche Vorteile in Bezug auf Oxidation, Heißkorrosionsbeständigkeit, Ermüdungsverhalten, Bruchzähigkeit usw.
2. Anwendung von Hochtemperaturlegierungen
Hochtemperaturlegierungen werden häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Kernenergie, der Automobilindustrie, Gasturbinen, der Petrochemie und anderen Bereichen eingesetzt.
Unter den Anwendungsszenarien des globalen Marktes für Hochtemperaturlegierungen steht der Luft- und Raumfahrtbereich seit langem an erster Stelle, macht mehr als 56 % der Marktnachfrage aus und wird hauptsächlich bei der Herstellung von Luft- und Raumfahrtmotoren und Luft- und Raumfahrtbefestigungen eingesetzt.
2. Klassifizierung von Hochtemperaturlegierungen
1. Hochtemperaturlegierungen werden unterteilt in: nach Grundelementen:
Hochtemperaturlegierungen auf Eisenbasis: haben niedrigere Betriebstemperaturen, 600–850 Grad, und werden im Allgemeinen in Teilen von Motoren mit niedrigeren Betriebstemperaturen verwendet, wie z. B. Turbinenscheiben, Gehäuse, Wellen und anderen Teilen.
Hochtemperaturlegierungen auf Nickelbasis: haben die höchste Betriebstemperatur, etwa 1000 Grad, und werden häufig zur Herstellung der heißesten Teile von Turbostrahltriebwerken und verschiedenen Industriegasturbinen, wie Turbinenschaufeln, Leitschaufeln, Turbinen usw., verwendet.
Hochtemperaturlegierung auf Kobaltbasis: Die Betriebstemperatur beträgt etwa 950 Grad. Es verfügt über eine gute Gieß- und Schweißbarkeit. Es wird hauptsächlich als Leitschaufelmaterial verwendet. Aufgrund der geringen Kobaltressourcen ist diese Art von Legierung teuer.
2. Hochtemperaturlegierungen werden je nach Herstellungsverfahren unterteilt in:
Verformte Hochtemperaturlegierung: Die Betriebstemperatur beträgt 600-1000 Grad. Es wird im Allgemeinen in Verdichterscheiben und Turbinenscheiben in Triebwerken verwendet. Es hat eine relativ geringe Festigkeit und eine gute Plastizität, thermische Verarbeitung und Schweißbarkeit.
Guss-Superlegierungen: können in drei Kategorien unterteilt werden: gleichachsige Kristall-Superlegierungen, gerichtet erstarrte säulenförmige Kristall-Superlegierungen und einkristalline Superlegierungen.
1) Gleichachsige Superlegierung: Die Betriebstemperatur beträgt 1000 Grad. Es verwendet die traditionelle Feingussmethode und weist eine relativ niedrige Temperaturtragfähigkeit auf. Es wird hauptsächlich in den hinteren Schaufeln von Niederdruckturbinen eingesetzt. Es hat ein breites Anwendungsspektrum und macht 0 % aller Gussteile aus. 60-70% der Komponenten, aber der zusätzliche Gewinn des Produkts ist gering.
2) Gerichtet erstarrte zylindrische Superlegierung: Die Betriebstemperatur beträgt 1000-1100 Grad. Es wird mit der Technologie der gerichteten Erstarrung hergestellt und weist eine relativ hohe Temperaturbeständigkeit auf. Es wird hauptsächlich in den Arbeitsschaufeln der ersten Stufen von Niederdruckturbinen sowie in einigen Triebwerken in der ersten und zweiten Stufe von Hochdruckturbinen eingesetzt. Rotorblätter der Klasse 1, der Anwendungsbereich ist auf Rotorblätter beschränkt und der zusätzliche Gewinn des Produkts ist höher.
3) Einkristall-Superlegierung: Die Betriebstemperatur beträgt 1200 Grad. Es wird mithilfe der gerichteten Erstarrungs- und Kristallauswahltechnologie hergestellt. Es verfügt über die höchste Temperaturbelastbarkeit. Es wird hauptsächlich in Hochdruck-Radschaufeln moderner Triebwerke und in den ersten beiden Stufen von Niederdruck-Turbinenschaufeln verwendet. Der Anwendungsbereich ist auf Arbeitsmesser beschränkt. Produkte Der höchste Zusatzgewinn.
Neue Hochtemperaturlegierungen: bezieht sich auf Hochtemperaturlegierungsmaterialien, die durch neue Herstellungsverfahren hergestellt werden, darunter hauptsächlich pulverförmige Hochtemperaturlegierungen unddispersionsverstärkte Hochtemperaturlegierungen (ODS).
1) Pulver-Hochtemperaturlegierung: Die Einsatztemperatur beträgt 1100 Grad. Die Hochtemperaturlegierung wird zu Pulver zerstäubt und anschließend wird heißisostatisches Pressen oder heißisostatisches Pressen und Schmieden verwendet, um Hochtemperaturlegierungsprodukte herzustellen. Es zeichnet sich durch eine hohe Metallausnutzung und niedrige Kosten aus. Es verfügt über Tieftemperatureigenschaften und eine relativ hohe Temperaturbeständigkeit. Derzeit wird es hauptsächlich in Turbinenscheiben und Turbinenschaufeln eingesetzt. Es ist ein ausgezeichnetes Material für Hochtemperaturkomponenten wie Turbinenscheiben, Kompressorscheiben und Turbinenleitbleche in Triebwerken mit hohem Schub-Gewichts-Verhältnis.
2) Dispersionsverstärkte Hochtemperaturlegierung (ODS): Mit einer Betriebstemperatur von 1200 Grad wird sie in einem ähnlichen pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt und weist eine hohe Temperaturbeständigkeit auf. Es wird hauptsächlich in Flammrohren, Leitschaufeln und Turbinenschaufeln eingesetzt.
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