Kõrgtemperatuurilised-sulamid, tuntud ka kui kuuma-kindlad sulamid või supersulamid, on metallmaterjalide klass, mis on -võimalikud pikaajaliselt toimima kõrgel-temperatuurilistes keskkondades ja teatud pingete korral. Neil on suurepärane vastupidavus kõrgel-temperatuuril oksüdatsioonile ja kuumkorrosioonile, samuti suurepärane kõrge-temperatuuri tugevus, väsimustugevus ja roomemiskindlus. Neid sulameid kasutatakse peamiselt kosmose-, energia- ja mereturbiinmootorites.
Kõrgetemperatuuriliste{0}}sulamite klassifikatsioon
1. Vastavalt maatriksimaterjalile võib need jagada kolme kategooriasse: raua-põhine, nikli-põhine ja koobalt-põhine.
(1) Raua-põhiseid kõrgtemperatuurseid-sulameid nimetatakse ka kuumuskindlateks legeerterasteks. Kuumuskindlad legeerterased võib vastavalt nende normaliseerimisnõuetele jagada martensiit-, austeniidi-, perliidi-, ferriitkuumus-kindlateks terasteks jne. Raua-põhistel kõrgtemperatuursetel{10}}sulamitel on suhteliselt madal töötemperatuur (600–850 kraadi), kuid nende keskmisel temperatuuril{13}}põhinevad mehaanilised omadused on head, mis on samaväärsed või paremad kui sarnastel nikli{14}}põhistel sulamitel. Lisaks on need odavad ja kuumtöötlemisel kergesti deformeeruvad. Neid kasutatakse tavaliselt madalama töötemperatuuriga mootori osades, nagu turbiinikettad, korpused ja võllid.
(2) Nikli -põhistel kõrgel temperatuuril{2}} põhinevatel sulamitel on kõrgeim töötemperatuur (umbes 1000 kraadi) ja neid kasutatakse laialdaselt lennukite reaktiivmootorite ja mitmesuguste tööstuslike gaasiturbiinide kuumimate osade (nt turbiinilabad, juhtlabad, turbiinid jne) valmistamisel.
(3) Koobalt-põhistel kõrgel temperatuuril{2}} põhinevatel sulamitel on hea valatavus ja keevitatavus ning neid saab kasutada kõrgetel temperatuuridel 700–1050 kraadi. See koosneb peamiselt koobaltist ja selle tüüpiline esindaja on K610, mis sisaldab üle 58% koobaltit. Koobalti kõrge hinna ja nappuse tõttu kasutatakse seda kodus ja välismaal harva. Olemasolevate kaubamärkide hulka kuuluvad K640, K644, GH188 jne.
2. Valmistamisprotsessi järgi võib selle jagada deformeeritud kõrge -temperatuuriga sulamiteks, valatud kõrge-temperatuurilisteks sulamiteks ja kõrgtemperatuurilisteks -pulbersulamiteks.
(1) Kõrge temperatuuriga -deformeerunud sulamid
Deformeerunud kõrgtemperatuurilised-sulamid viitavad kõrgel-temperatuurilistele sulamitele, mis on valmistatud valuplokkide külm- ja kuumtöötlemisel erinevateks profiilideks või detailide toorikuteks ning lõpuks kuumadeks-otsadeks. Peamine on see, et sulami valuplokk saab moodustuda. Võrreldes valatud kõrge -temperatuuri sulamitega, on deformeeritud kõrgel temperatuuril{6}}sulamitel madal legeerimisaste. Seetõttu on sulamistemperatuur kõrgem, kuumtöötemperatuuri ülemine piir on kõrgem, sulami ümberkristallimistemperatuur on madalam ja kuumtöötemperatuuri alumine piir on madalam. Seetõttu on deformeeritud kõrgel temperatuuril{9}}sulamite kuumtöötlemispiirkond laiem kui kõrgel temperatuuril{10}}valatud sulamitel. Erinevate maatriksi elementide järgi võib deformeeritud kõrgel -temperatuuril sulameid jagada raua-põhisteks deformeeritud kõrgtemperatuurilisteks{14}}sulamiteks, nikli-põhisteks deformeeritud kõrge{16}}temperatuurilisteks sulamiteks ja koobalt-põhisteks deformeeritud kõrgtemperatuurseteks-sulamiteks.
(2) Kõrge temperatuuriga -sulamite valamine
Kõrge temperatuuriga -sulamite valamine on protsess, mis pärast sulami valuplokkide ümbersulatamist otse valatakse või tahkub osadeks. Nende areng algas 1940. aastatel. Kõrge temperatuuriga -sulamite valamine ei arvesta enam sepistamise deformatsioonivõimet. Täppisvalumeetodeid või suunatud tahkumisprotsesse saab kasutada keeruka kuju ja takistusteta siseõõnsustega õõnsate õhukeseseinaliste -terade valamiseks. Seetõttu on valatud supersulamites elementide koguhulk oluliselt suurem kui deformeerunud supersulamites. Tahkete lahust tugevdavate elementide hulka kuuluvad Re ja Ru, samas kui tulekindla metalli W sisaldus on suurenenud (mõnedes sulamites üle 10%). Sademeid{11}}tugevdavate legeerivate elementide hulka kuuluvad lisaks Al-le ja Ti-le ka Nb, Ta, Hf ja V.
Valatud supersulamid võib tahkestamismeetodi järgi klassifitseerida kolme kategooriasse: võrdse teljega valatud supersulamid, suunaga tahkunud sammaskujulised supersulamid ja ühekristallilised supersulamid. Üksik-kristallilised supersulamid, uut tüüpi supersulamid, moodustuvad kõigi terapiiride kõrvaldamise teel suunatud tahkumise teel. Metallid koosnevad üksikutest kristallidest, sellest ka nimi üksikkristalli supersulam. Terade piirid on metallis olevad alad, kuhu kogunevad mitmesugused moonutused, defektid ja lisandid. Kuigi need on toatemperatuuril tugevamad kui kristalli sees, võivad need kõrgel temperatuuril libiseda. Kui teraviljapiiride tugevus kõrgel temperatuuril väheneb, väheneb metalli tugevus. Seetõttu annab terade piiride kõrvaldamine suunatud tahkumise kaudu suurepärase jõudlusega ühe-kristalli supersulamid. Praegu kasutavad peaaegu kõik täiustatud mootorid üksikuid{10}kristallsulamist turbiinilabasid või juhtlabasid.
(3) Kõrgetemperatuurilised pulbrilised sulamid
Kuumakindlate -sulamite töötemperatuuri tõustes suureneb sulamites tugevdavate elementide arv ja koostis muutub keerukamaks, mille tulemuseks on mõned sulamid, mida saab kasutada ainult valatud olekus ja mida ei saa kuumtöötlemisel deformeerida. Lisaks põhjustab legeerivate elementide arvu suurenemine nikli{2}}põhistes sulamites pärast tahkumist tõsist komponentide eraldumist, mille tulemuseks on ebaühtlane struktuur ja jõudlus. Pulbermetallurgia tehnoloogia kasutamine kõrgel temperatuuril{4}}sulamite tootmiseks võib ülaltoodud probleeme lahendada. Kuna pulbriosakesed on väikesed ja jahutuskiirus pulbri valmistamisel kiire, on eraldumine välistatud ja kuumtöötlemisomadused paranevad. Ainult valatav sulam muudetakse kõrgel temperatuuril-kuumtöödeldavaks-sulamiks ning paranevad voolavuspiir ja väsimusomadused. Kõrge temperatuuriga pulbrilised sulamid on loonud uue viisi tugevama{11}}sulamite tootmiseks. Pulbrilisi kõrgtemperatuurilisi sulameid kasutatakse peamiselt suure -tõukejõu-to{16}}uudsetele lennukimootoritele mõeldud turbiinide ketaste tootmiseks ning neid kasutatakse ka kõrgel -temperatuuriliste kuumade{18}komponentide (nt kompressorikettad, turbiinimootorite turbiinide võllid) tootmiseks.
Kõrge temperatuuriga sulamite kasutusalad
1. Lennundus
(1) Põlemiskamber
Põlemiskamber on kõigi mootorikomponentide seas kõrgeima töötemperatuuriga ala. Kui gaasi temperatuur põlemiskambris jõuab 1500{5}}2000 kraadini, võib kambri seinasulami temperatuur ulatuda 800-900 kraadini ja lokaalselt kuni 1100 kraadini. Viimastel aastatel on suurem osa põlemiskambris kasutatavatest kõrgtemperatuurilistest sulamitest tahked lahustugevdatud sulamid. Sulamid sisaldavad suures koguses tahke lahusega tugevdavaid elemente, nagu W, Mo ja Nb. Neil on kõrge temperatuurikindlus ning head vormimis- ja keevitusomadused. Tüüpilised klassid hõlmavad GH1140, GH3030, GH3039, GH3333, GH3018, GH3022, GH3044, GH3128 ja GH3170.
(2) Juhtlabad
Juhtlabad on komponendid, mis reguleerivad põlemiskambrist väljuva gaasi voolu suunda. Neid nimetatakse ka juhtlabadeks. Need on üks turbiinmootori osi, mis on allutatud suurimale termilisele šokile. Eriti siis, kui põlemine põlemiskambris on ebaühtlane või töö on kehv, mõjuvad juhtlabad suuremale soojuskoormusele. Täiustatud turbiinmootorite juhtlabade töötemperatuur võib ulatuda 1100 kraadini. Kodumaiste juhtlaba sulamite töötemperatuur võib ulatuda 1000–1050 kraadini. Tüüpilised kõrgtemperatuurilised sulamite täppisvalusulamid on K214, K233, K406, K417, K403, K409, K408, K423B jne.
(3) Turbiini labad
Turbiinilabad on lennukimootorite kõige raskemate töötingimustega komponendid. Töökeskkonna temperatuur on kõrge. Kõrge temperatuuriga sulamimaterjalide tüüpiliste klasside hulka kuuluvad GH4033, GH4037, GH4143, GH4049, GH4151, GH4118, GH4220 jne, mida saab kasutada 750{13}}950 kraadises keskkonnas. Uute mootorite väljatöötamisel ja vanade mudelite modifitseerimisel kasutatakse turbiinilabade valmistamiseks valatud kõrgtemperatuurilisi sulameid. Valusulamite tüüpilised klassid on K403, K417, K417G, K418, K403, K405, K4002 jne.
