Milleks supersulameid tavaliselt kasutatakse?
Mis on kõrge temperatuuriga sulamid?
Supersulamid on metallide rühm, millel on parem vastupidavus roomamisele, oksüdatsioonile ja korrosioonile kui traditsioonilistel sulamitel, säilitades samal ajal suurepärased mehaanilised omadused isegi kõrgetel temperatuuridel. Teatud mõttes toimivad need suure jõudlusega sulamina.
Lennundustööstuses gaasiturbiinmootorite komponentides tavaliselt kasutatavad supersulamid põhinevad niklil, koobaltil või raual ja pakuvad palju paremaid omadusi kui traditsioonilised teras- või alumiiniumsulamid.
Kui enamik tavalisi rauapõhiseid sulameid hakkab oluliselt kaotama materjali tugevust 400 kraadi Celsiuse järgi (alumiiniumisulamid veelgi madalamal), siis paljude supersulamite tugevus suureneb tegelikult 750–900 kraadi Celsiuse järgi.
Miks need olulised on?
Naela alusel on supersulamid kallimad kui teras, alumiinium või roostevaba teras; neid on ka keerulisem töödelda ja soovitud kuju voolida. Miks siis neid teatud rakendustes nii laialdaselt kasutatakse?
Roomamiskindlus
Roomamine on materjali rikkerežiim, mille korral komponent deformeerub pingetasemetel, mis on tunduvalt madalamad kui tema lõplik tõmbetugevus.
Kui see esmakordselt avastati, oli lõpliku tõmbetugevuse, pinge / deformatsiooni ja väsimuse kohta palju teada, kuid see uus nähtus näis traditsioonilist metallurgiat trotsivat.
Pärast põhjalikku katsetamist ja analüüsi avastati, et detaili pikaajaline (ehkki suhteliselt kerge) pinge võib põhjustada nn külma voolu, kus osa deformeerub plastiliselt alla poole oma UTS-ist. Lisateavet libisemise kohta leiate meie artiklist.
Lisaks leiti, et mis tahes allikast tulev soojus kiirendab roomamist. See on reaktiivmootorite komponentide jaoks potentsiaalselt katastroofiline probleem.
Supersulamid võimaldavad osadel, nagu turbiini labad, töötada äärmuslike tsentripetaalsete jõudude ja kuumuse all, säilitades samal ajal oma tugevuse ja mis kõige tähtsam - kuju.
Pikaajaline mittelibisemiskindlate materjalide testimine enne supersulamite kasutamist andis huvitavaid tulemusi, kusjuures turbiini labad pikenesid pöörlemisel, põhjustades häireid mootori korpuse töös.
Kõrge temperatuuritaluvus
Sellistes rakendustes nagu kosmosemootorid ja gaasiturbiinid on kõrge temperatuuritaluvus kohustuslik.
Supersulamid ei tööta mitte ainult hästi kõrgetel temperatuuridel, vaid mõnel juhul suureneb materjali UTS, mis võimaldab suuremat tööpinget või väiksemat massi. Mõlemad punktid on lennundustööstusele kasulikud.
Kuna supersulamitel on parem kuumakindlus kui tavalistel sulamitel, on reaktiivturbiinmootori konstruktsiooni tehtud palju täiustusi.
Reaktiivturbiinid võivad tekitada nii suurt tõukejõudu, kuna suruvad kokku sissevõetava õhu ja kütuse; mida suurem on kompressioon, seda rohkem võimsust mootor toodab. Rõhu ja põlemiskiiruse suurenedes suureneb ka toodetava soojuse hulk.
Õnneks võimaldab supersulamite kuuma- ja roomamiskindlus kõrgemat põlemisrõhku, mille tulemuseks on oluliselt suurem efektiivsus. Kui palju? Ainuüksi USA-s, kus 2019. aastal läbis enam kui 760 miljardit reisija lennumiili, võib väike tõhusus tähendada märkimisväärset kütusesäästu.
