Wie Superlegierungen Innovationen in der Luft- und Raumfahrt und im Energiesektor vorantreiben

Die Legierungskompositionen, die moderne Motoren tragen, sind älter, als die meisten Leute annehmen.und die Namen, die heute auf Zeichnungen erscheinen, wurden weitgehend vor den Fertigungsmethoden festgelegt, die heute die Industrie dominierenWas sich geändert hat, ist, wie diese Legierungen in Teile verwandelt werden, und diese Veränderung ist, wo die meisten der jüngsten Verbesserung kam.

Durch die Richtverhärtung und das Einkristallgussverfahren kann eine Klinge ohne die Grenzen der Körner hergestellt werden, die das Kriechen einschränken.Die Pulvermetallurgie ermöglicht es, eine Scheibe mit einer feinen und einheitlichen Struktur herzustellen, die ein Gießwerk nicht erreichen kannDie additive Fertigung ermöglicht es, eine Form Schicht für Schicht zu erstellen, was sowohl die mögliche Geometrie als auch die Menge an Metall verändert, die verschwendet wird.

Jede Route löst ein Problem und jede führt einen Mangel ein, der vorher nicht existierte.und es ist der Grund, warum eine Beschaffungsanweisung für ein Superlegierteil jetzt einen Prozess sowie eine Zusammensetzung beschreiben muss.

In der Tabelle werden die Routen nach dem, was sie erlauben, und nach dem, was sie kosten, angeordnet.

Der Einzelkristallweg ist das klarste Beispiel für einen Prozess, der das Material veränderte, ohne seinen Namen zu ändern.Eine Klinge, die als einzelner Kristall gegossen wird, hat keine Korngrenzen über den Abschnitt, der die Zentrifugallast trägtDie zweite Generation von Einkristalllegierungen wie CMSX-4 trat in den 1990er Jahren in den Dienst.und die Legierungen der dritten Generation wie Rene N5 folgten für die heißesten Positionen, wobei die Wahl zwischen ihnen von der Temperaturfähigkeit und der Beschichtungskompatibilität und nicht von der Verfügbarkeit abhängt.

Ein Käufer, der eine Superlegierung nach Zusammensetzung qualifiziert hat, hat das Metall qualifiziert und nicht das Teil.und jeder Mangel muss von sich selbst untersucht werden.

In der technischen Literatur für Nickelpulverscheiben werden immer wieder drei Defekte genannt: Vorpartikelgrenzverfall,thermisch induzierte PorositätDas erste ist ein Netzwerk von Niederschlägen, das der Oberfläche der ursprünglichen Pulverpartikel folgt.und entsteht, wenn die Pulveroberfläche Sauerstoff oder Kohlenstoff trägt, der während der Konsolidierung reagiertDie zweite ist eine Porosität, die entsteht, wenn sich das im Pulver eingeschlossene Gas während eines hohtemperaturen Ausflugs ausdehnt.Die dritte ist eine feste Einschluss, der mit dem Pulver kam und dass keine Wärmebehandlung entfernen.

Diese drei Mängel lassen sich durch Ultraschalluntersuchungen, Durchschnitte und Kontrollen des Pulverparts feststellen.Aus diesem Grund benennt eine Plattenbeschreibung die Pulverquelle und die Konsolidierung und nicht nur die Legierung.

Ein Teil aus Superlegierung ist teurer, zum Teil weil der größte Teil des gekauften Metalls nicht im Flugzeug landet.das Gewicht des gekauften Materials geteilt durch das Gewicht des fertigen Bauteils, und es unterscheidet sich zwischen den Routen um eine Größenordnung.

Das Verhältnis erklärt, warum die additive Fertigung in die Luftfahrt für Teile, die geometrisch komplex sind, und nicht für Teile, die einfach groß sind, überging.Eine Brennstoffdüse mit inneren Kanälen kann nicht aus einem Schmiedewerk bearbeitet werden, ohne mehrere Teile zu verbindenBei einfacher Geometrie bleibt ein Schmieden günstiger und das Verhältnisargument verschwindet.

Das Verhältnis erklärt auch eine Einschränkung. Ein Teil, der durch Hinzufügen von Material gebaut wird, hat eine andere thermische Vergangenheit als ein Schmieden.und die Eigenschaften in der Baurichtung unterscheiden sich von den Eigenschaften über sieDie Einsparung des Materials ist real und die Anisotropie ist real, und die Zeichnung muss die Richtung angeben, in der die Eigenschaften wichtig sind.

Der Wechsel von einem Materialkauf zu einem Prozesskauf ist die praktische Konsequenz von allem, was oben erwähnt wurde. Ein Käufer, der früher eine Legierung und eine Form spezifizierte, spezifiziert jetzt eine Legierung, einen Formierweg,eine Fehlerannahme, und eine Qualifikations-Bilanz.

Daher können sich zwei Angebote für dieselbe Legierung durch einen Faktor unterscheiden, den der Metallpreis nicht erklärt.und die andere eine Route angibt, die sie auf der Bestellung des Käufers qualifizieren will..

Bei Landgasturbinen werden die gleichen drei Formwege verwendet und unterschiedliche Annahmelogik angewendet.und die Lebensdauer beim Brennen ist die entscheidende EigenschaftEine Scheibe ist ein Teil der Pulvermetallurgie, und die Inspektion zielt auf die drei Pulverfehler und nicht auf die Gießfehler ab.und die Annahme ist um die thermische Müdigkeit einer dünnen Wand und nicht um eine Zugprüfung gebaut.

Der gemeinsame Faden ist, daß die Temperatur am heißen Abschnitt durch die Verbesserung des Prozesses und der Kühlgeometrie zusammen gestiegen ist, und nicht durch die Suche nach einem neuen Grundmetall.Ein einzelnes Kristallblatt mit Filmkühlung und thermischer Barriere ist ein SystemEine Seite, die die Legierung allein beschreibt, beschreibt ein Drittel der Gründe, warum die Turbine funktioniert.

Die Form des Produktes folgt immer noch der Route, und das Dokument folgt immer noch der Form.Pulver ist der Eingang zu einer konsolidierten Scheibe. Draht und Streifen sind der Einsatz für eine geschweißte oder geformte Anlage. Platte ist der Einsatz für einen Verbrenner oder ein Gehäuse.

DLX liefert Nickel- und Kobalt-basierte Superlegierungen in Changzhou, Jiangsu, in Draht von 0,025 mm, rundem Strich bis 50 mm, Band von 0,50 mm bis 2,5 mm Dicke,und Rohr und Platte in den Standardgrößen der MühleDas Sortiment umfaßt die in der Luft- und Raumfahrt und in der Energieindustrie verwendeten Festlösungs- und Niederschlagserhärtungsklassen sowie die entsprechenden Füllmetalle zum Schweißen.

Das Material wird nach der in der Bestellung angegebenen Spezifikation geliefert, auf Anfrage ein EN 10204 3.1 Zertifikat und die Wärmemenge, die auf die Testergebnisse zurückzuführen ist.Ein Käufer, der ein Bauteil auf eine neue Formierroute verlegt, benötigt in der Regel zuerst das Eingabeformular und dessen Bescheinigung, weil die Streckenqualifikation vom Material und nicht vom fertigen Teil ausgeht.

Die Zusammensetzungen wurden über Jahrzehnte entwickelt und die weit verbreiteten Sorten sind ausgereift.und diese drei funktionieren als ein SystemEin einzelnes Kristallblatt mit Filmkühlung und einer thermischen Barrierebeschichtung funktioniert bei einer Temperatur, die die Legierung allein nicht überstehen würde.

Bei einer konventionell gegossenen Klinge laufen die Grenzen über den Abschnitt, der die Zentrifugallast trägt,und sie sind der schwache Weg bei TemperaturDie Richtverhärtung stellt die Grenzen entlang der Last aus, und das Einzelstaubgussverfahren entfernt sie vollständig, so daß der Kriechmechanismus, der das Gussverfahren einschränkt, beseitigt und nicht reduziert wird.

Vorherige Partikelgrenze Niederschlag, thermisch induzierte Porosität, und nicht-metallische Einschlüsse.Die zweite ist die Porosität des im Pulver gefangenen Gases, das sich bei Temperatur ausdehnt.Es gibt keine in der Zusammensetzungserklärung, sondern sie werden durch Ultraschalluntersuchung, Abtrennung und Kontrolle der Pulverpartien gefunden.

Das Gewicht des gekauften Materials geteilt durch das Gewicht des fertigen Teils.1, und additive Fertigung bei etwa 1:1 bis 3:1Der Verhältnis ist ein Maß für die Materialkosten und sagt nichts über die Müdigkeitshaltbarkeit des Teils aus.

Nein, es ändert, was qualifiziert werden muss. ein gebautes Teil hat eine thermische Geschichte und eine richtungsabhängige Struktur, also muss die Zeichnung die Ausrichtung angeben, in der die Eigenschaften wichtig sind,und das Prozessfenster muss fixiert werdenDie Materialersparnis ist real und die Qualifikationsbelastung größer als bei einem Schmieden derselben Legierung.

Der Preis der Legierung ist nur ein kleiner Teil des Unterschieds. Der Rest ist die Route, die Inspektion, die Prozessunterlagen, die Produktion, die Produktion, die Produktion.und der Ertrag, und eine Strecke, die nicht qualifiziert wurde, trägt eine Kosten, die nach der Bestellung erscheinen.

Die Innovation in den Bereichen Luft- und Raumfahrt- und Energie-Superlegierungen hat sich von der Zusammensetzung auf den Formierweg bewegt.Richtungsverhärtung und Einzelkristallguss entfernen die Korngrenzen, die das Kriechen begrenzenDie Pulvermetallurgie erzeugt eine Scheibenstruktur, die ein Gießwerk nicht erreichen kann, zum Preis von drei Fehlern, die aus dem Pulver entstehen.Die additive Fertigung verändert die mögliche Geometrie und den Anteil des gekauften Metalls, der das Teil erreicht..

Jeder Weg bringt einen Mangel und eine Qualifikationsbelastung mit sich, und die Beschaffungsbeschreibung muss beides benennen.Ein Käufer, der auch die Route angibt, die Fehlerannahme, und der Nachweis hat das Teil spezifiziert.

1. Veröffentlichte Rezensionen von Nickel-Basis-Scheiben-Superlegierungen aus der Pulvermetallurgie, die vorherige Partikelgrenze-Verschlagung, thermisch induzierte Porosität,und nichtmetallische Einschlüsse als die drei charakteristischen Mängel der Strecke.
2. Veröffentlichte Untersuchungen über die vorläufige Grenzbildung von Pulver in Nickelbasis-Superlegierungen, in denen das Niederschlagnetz beschrieben wird, das nach der Konsolidierung den ursprünglichen Partikeloberflächen folgt.
3. Veröffentlichte Arbeiten zur Richtverfestigung von Einkristallturbinenblättern, einschließlich der Legierung CMSX-4 der zweiten Generation, die seit den 1990er Jahren in Gasturbinenblättern verwendet wird,die Legierung Rene N5 der dritten Generation, und der Sommersprossenfehler, der entsteht, wenn die Verdickungsfront gestört wird.
4. Veröffentlichte Beurteilungen des Einzelschmelzgusses für Turbinenblätter, in denen die Entfernung der Korngrenzen vom Lastweg und der daraus resultierenden Vorteile beim Schleifen beschrieben werden.
5. Veröffentlichte Übersicht über die additive Fertigung von Metallen in der Luft- und Raumfahrt, Berichterstattung über Kauf-zu-Fliegen-Verhältnisse von etwa 1:1 bis 3:1 für additive Routen.
6. Veröffentlichte Branchenbewertungen des Schmiede- und Bearbeitungssektors, die ein Kauf-zu-Flug-Verhältnis von etwa 3:1 bis 10 berichten:1, und aus Kohlenstofffaserverbundwerkstoff bei etwa 1.51:1 als Vergleich.
7. AMS- und ASTM-Produktspezifikationen für Nickel-Basis-Superlegierungsstangen, -Billetten, -Platten, -Blätter und -Draht als die Dokumente, die die in der Tabelle genannten Eingabeformen regeln.
8. EN 10204, Inspektionsdokumente, für die Definition des Zertifikats 3.1 als ein Dokument mit tatsächlichen Prüfergebnissen, das vom unabhängigen Inspektionsbeauftragten des Herstellers beglaubigt wurde.

Die vorstehenden Routen und Defektmechanismen beschreiben das allgemeine Verhalten der genannten Prozesse und stellen keine Aussage darüber dar, dass ein bestimmter Lieferant für ein bestimmtes Teil qualifiziert ist.Kauf-Flug-Verhältnisse variieren mit der Geometrie der Komponente und mit der Menge der Bearbeitung ZulageDie Eigenschaften eines gebauten oder gegossenen Bauteils hängen von der lokalen thermischen Vergangenheit und der Ausrichtung des Prüfmusters ab.also beschreibt ein Wert aus einer Testleiste nicht jeden Ort in einem Teil. Die Qualifikationsanforderungen für Flughardware werden vom Hersteller der Flugzeugrolle oder des Motors und von der zuständigen Luftfahrtbehörde festgelegt, und nichts auf dieser Seite stellt eine Qualifikation dar.Die Produktspezifikationen werden überarbeitetNichts auf dieser Seite ist ein Ersatz für eine technische Freigabe oder für die zwischen Käufer und Lieferant vereinbarte Qualifikationsprüfung.