За какво обикновено се използват суперсплавите?
Какво представляват високотемпературните сплави?
Суперсплавите са група метали, които имат по-добра устойчивост на пълзене, окисление и корозия от традиционните сплави, като същевременно поддържат отлични механични свойства дори при високи температури. В известен смисъл те действат като сплави с висока производителност.
Суперсплавите, които обикновено се използват в компонентите на газотурбинни двигатели в космическата индустрия, са базирани на никел, кобалт или желязо и предлагат много по-добри свойства от традиционните стоманени или алуминиеви сплави.
Докато повечето конвенционални сплави на основата на желязо започват да губят значителна якост на материала при 400 градуса по Целзий (алуминиевите сплави дори по-ниски), много суперсплави всъщност показват увеличение на якостта между 750 и 900 градуса по Целзий.
Защо са важни?
На базата на паунд свръхсплавите са по-скъпи от стоманата, алуминия или неръждаемата стомана; те също са по-сложни за обработка и формоване в желаната форма. Така че защо те са толкова широко използвани в определени приложения?
Устойчивост на пълзене
Пълзенето е режим на разрушаване на материала, при който компонент се деформира при нива на напрежение доста под неговата крайна якост на опън.
Когато беше открит за първи път, се знаеше много за крайната якост на опън, напрежението/деформацията и умората, но този нов феномен изглежда се противопостави на традиционната металургия.
След задълбочени тестове и анализи беше открито, че дългосрочното (макар и относително леко) напрежение върху частта може да причини това, което е известно като "студено течение", при което частта се деформира пластично под половината от UTS. За повече информация относно пълзенето вижте нашата статия.
Освен това беше установено, че топлината от всеки източник ускорява пълзенето. Това е потенциално катастрофален проблем за компонентите в реактивните двигатели.
Суперсплавите позволяват на части като турбинни лопатки да работят при екстремни центростремителни сили и топлина, като същевременно запазват своята здравина и, най-важното, своята форма.
Дългосрочните тестове на материали, които не са устойчиви на пълзене, преди използването на суперсплави дадоха интересни резултати, като турбинните лопатки се удължиха, докато се въртяха, причинявайки смущения в корпуса на двигателя.
Устойчивост на висока температура
В приложения като аерокосмически двигатели и газови турбини устойчивостта на висока температура е задължителна.
Свръхсплавите не само се представят добре при високи температури, в някои случаи UTS на материала се увеличава, което позволява по-високи работни напрежения или по-малка маса. И двете точки са от полза за авиационната индустрия.
Тъй като суперсплавите имат по-добра устойчивост на топлина от конвенционалните сплави, са направени много подобрения в конструкцията на реактивните турбинни двигатели.
Реактивните турбини могат да произведат такава висока тяга, защото компресират входящия въздух и гориво; колкото по-висока е компресията, толкова повече мощност произвежда двигателят. С увеличаването на налягането и скоростта на горене се увеличава и количеството произведена топлина.
За щастие устойчивостта на топлина и пълзене на суперсплавите позволява по-високо налягане на горене, което води до значително по-висока ефективност. Колко? Само в САЩ, с повече от 760 милиарда пътнически въздушни мили, пропътувани през 2019 г., малката ефективност може да се равнява на значителни икономии на гориво.
