Typer superlegeringer

Introduksjon
Moderne produksjonsstandarder er ekstremt krevende. Ingeniører og designere blir stadig bedt om å oppfylle bransjekrav for ytelse, lang levetid, bærekraft og kostnadsoptimalisering. Industriell produksjon er i en tilstand av konstant utvikling. Nye designprinsipper, produksjonsmetoder og materialer er avgjørende for innovasjon.

Noen bransjer er spesielt krevende, for eksempel luftfartsindustrien. Luftfartsprodukter er underlagt ekstreme forhold i løpet av deres levetid. Tradisjonelle metoder og materialer er ikke nok til å oppfylle bransjestandarder: Dette er grunnen til at romfartsingeniører bruker materialer som superlegeringer.

Hva er superlegeringer?
I hovedsak er superlegeringer materialer med ekstrem ytelsesstatistikk. De viktigste egenskapene til superlegeringer er høy holdbarhet, ekstrem mekanisk styrke, termoelastisitet og lang levetid. Den viktigste egenskapen til en superlegering er dens evne til å operere ved høye fraksjoner av smeltepunktet. Alle de ovennevnte egenskapene gjør superlegeringer viktige for luftfartsindustrien.

Den opprinnelige ideen om å utvikle materialer som var egnet for å operere under ekstreme forhold, kom fra ønsket om å designe kjøretøyer som kan ta oss høyere og raskere. Utviklingen av superlegeringer er nært knyttet til den raske utvidelsen av luftfartsindustrien etter andre verdenskrig.

Typer superlegeringer
Det er mange typer superlegeringer som brukes i luftfartsindustrien. En av de mest brukte typene er titanbaserte superlegeringer. Rent titan har en relativt lav tetthet, høy styrke og høy korrosjonsmotstand. I tillegg er titan det eneste elementet som brenner med nitrogen. Titan er like sterkt som stål, men veier nesten halvparten så mye. Disse egenskapene alene gjør det til et ideelt materiale for luftfartsindustrien, der vekt-/styrkeforholdet er kritisk. Titan er blandet med andre elementer i spesifikke proporsjoner for å forbedre de allerede utmerkede egenskapene ytterligere.

En av de mest brukte titanbaserte legeringene er ti -6 al -4 V-legering. Den inneholder aluminium og vanadium i tillegg til titan og brukes først og fremst i cockpitrammer, vingebokser og festestrukturer for kommersielle fly. Denne legeringen viser en god balanse av egenskaper som styrke, duktilitet, bruddseighet, høy temperaturstyrke, krypegenskaper, sveisbarhet, maskinbarhet og varm brukbarhet. Ti -6 al -2 sn -4 zr -2 mo-legering er en varmebestandig legering utviklet på slutten av 1960-tallet. Varmemotstandstemperaturen er omtrent 450 ° C. Denne legeringen brukes ofte i kompressorskiver, og den øvre servicetemperaturen er 500 ° C. Ti -5 al -2 sn -2 zr -4 cr -4 mo -legering, noen ganger referert til som "Ti17" -legering, er en legering med høy styrke og utmerket brudd utviklet i USA i 1970. Varmemotstandstemperaturen er omtrent 350 ° C. I kommersielle flymotorer er viften og akselen konstruert som ett stykke for å redusere vekten på motoren. Ti -10 v -2 fe -3 al -legering har utmerket herdbarhet, høy styrke og høy utmattelsesstyrke og brukes hovedsakelig i landingsutstyr.

I tillegg til titanbaserte legeringer, er jernbaserte legeringer en annen klasse legeringer som ofte brukes i forskjellige bransjer som romfart og militærindustri. I hovedsak er jernbaserte legeringer legeringer som hovedsakelig er sammensatt av jern. Noen av de mest brukte jernbaserte legeringene er rustfritt stål, støpejern og høyt karbonstål. Jernbaserte legeringer viser generelt en god balanse mellom egenskaper, inkludert varmebestandighet, korrosjonsmotstand, holdbarhet, styrke og termisk elastisitet. Selv om de ikke viser ekstremt høy ytelse som titanbaserte høye temperaturlegeringer eller andre legeringer med høy temperatur, gjør deres enkle syntese og kostnadseffektivitet dem uvurderlige.

En annen viktig legeringskategori i luftfarts- og militærindustrien er aluminiumslegeringer. Vekt-til-styrke-forholdet mellom rå aluminium er allerede imponerende i seg selv. Å legge legeringselementene kobber, magnesium, mangan, silisium, tinn, nikkel og sink forbedrer disse egenskapene, noe som gjør aluminiumslegeringer ideelle for militære og romfartsapplikasjoner. 7xxx -serien med aluminiumslegeringer er den mest brukte kategorien i luftfartsapplikasjoner. Det primære legeringselementet i 7xxx -serien er sink, noe som gjør denne kategorien til den sterkeste aluminiumslegeringen. Avkastningsstyrken til 7xxx -serielegeringene overstiger 500 MPa. De vanligste 7xxx-legeringene er Al-Zn-Mg-Cu og Al-Li-Cu-MG.