Arten von Superlegierungen

Einführung
Moderne Produktionsstandards sind äußerst anspruchsvoll. Ingenieure und Designer werden ständig gebeten, die Industrieanforderungen für Leistung, Langlebigkeit, Nachhaltigkeit und Kostenoptimierung zu erfüllen. Die industrielle Produktion befindet sich in einem Zustand ständiger Entwicklung. Neue Designprinzipien, Produktionsmethoden und -materialien sind für die Innovation unerlässlich.

Einige Branchen sind besonders anspruchsvoll, wie die Luft- und Raumfahrtindustrie. Luft- und Raumfahrtprodukte unterliegen während ihrer Lebensdauer extremer Bedingungen. Traditionelle Methoden und Materialien reichen nicht aus, um die Branchenstandards zu erfüllen: Aus diesem Grund verwenden Luft- und Raumfahrtingenieure Materialien wie Superalloys.

Was sind Superalloys?
Im Wesentlichen sind Superalloys Materialien mit extremen Leistungsstatistiken. Die wichtigsten Eigenschaften von Superalloys sind hohe Haltbarkeit, extreme mechanische Festigkeit, Thermoelastizität und langes Leben. Die wichtigste Eigenschaft eines Superalloys ist die Fähigkeit, bei hohen Fraktionen des Schmelzpunkts zu operieren. Alle oben genannten Eigenschaften machen Superalloys für die Luft- und Raumfahrtindustrie wesentlich.

Die ursprüngliche Idee, Materialien zu entwickeln, die für den Betrieb unter extremen Bedingungen geeignet sind, kam aus dem Wunsch, Fahrzeuge zu entwerfen, die uns höher und schneller bringen könnten. Die Entwicklung von Superalloys ist eng mit der raschen Ausweitung der Luft- und Raumfahrtindustrie nach dem Zweiten Weltkrieg verbunden.

Arten von Superlegierungen
In der Luft- und Raumfahrtindustrie gibt es viele Arten von Superlegierungen. Einer der am häufigsten verwendeten Typen sind Superalloys auf Titanbasis. Reines Titan hat eine relativ geringe Dichte, hohe Festigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit. Darüber hinaus ist Titan das einzige Element, das mit Stickstoff verbrennt. Titan ist so stark wie Stahl, wiegt aber fast halb so viel. Allein diese Eigenschaften machen es zu einem idealen Material für die Luft- und Raumfahrtindustrie, in dem das Gewicht/Stärke -Verhältnis von entscheidender Bedeutung ist. Titan wird mit anderen Elementen in bestimmten Anteilen gemischt, um seine bereits hervorragenden Eigenschaften weiter zu verbessern.

Eines der am häufigsten verwendeten Titan-basierten Legierungen ist die Ti -6 al -4 V-Legierung. Es enthält Aluminium und Vanadium zusätzlich zu Titan und wird hauptsächlich in Cockpit -Rahmen, Flügelboxen und Befestigungsstrukturen für kommerzielle Flugzeuge verwendet. Diese Legierung weist ein gutes Gleichgewicht der Eigenschaften wie Festigkeit, Duktilität, Frakturzähigkeit, Hochtemperaturfestigkeit, Kriecheigenschaften, Schweißbarkeit, Bearbeitbarkeit und heiße Verarbeitbarkeit auf. Ti -6 al -2 sn -4 zr -2 Mo-Legierung ist eine hitzebeständige Legierung, die Ende der 1960er Jahre entwickelt wurde. Die Wärmewiderstandstemperatur beträgt etwa 450 ° C. Diese Legierung wird häufig in Kompressorscheiben verwendet und ihre obere Servicetemperatur beträgt 500 ° C. Ti -5 al -2 sn -2 zr -4 cr -4 Mo -Legierung, manchmal als "Ti17" -Legierung bezeichnet, ist eine Legierung mit hoher Stärke und hervorragender Fraktur, die in den Vereinigten Staaten in den 1970ern in den Vereinigten Staaten entwickelt wurden. Die Wärmewiderstandstemperatur beträgt ca. 350 ° C. In kommerziellen Flugzeugmotoren werden der Lüfter und die Welle als ein Stück gebaut, um das Gewicht des Motors zu verringern. Ti -10 v -2 fe -3 Al -Legierung hat eine hervorragende Härtbarkeit, hohe Festigkeit und hohe Ermüdungsfestigkeit und wird hauptsächlich im Fahrwerk verwendet.

Neben Legierungen auf Titanbasis sind Legierungen auf Eisenbasis eine weitere Klasse von Legierungen, die üblicherweise in verschiedenen Branchen wie Luft- und Raumfahrt- und Militärindustrie eingesetzt werden. Im Wesentlichen sind Legierungen auf Eisenbasis Legierungen, die hauptsächlich aus Eisen bestehen. Einige der am häufigsten verwendeten Legierungen auf Eisenbasis sind Edelstahl, Gusseisen und hohe Kohlenstoffstahl. Legierungen auf Eisenbasis weisen im Allgemeinen ein gutes Gleichgewicht der Eigenschaften auf, einschließlich Wärmefestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Haltbarkeit, Festigkeit und thermischer Elastizität. Obwohl sie keine extrem hohe Leistung wie Hochtemperaturlegierungen auf Titanbasis oder andere Hochtemperaturlegierungen aufweisen, machen sie ihre Leichtigkeit an Synthese und Kosteneffizienz von unschätzbarem Wert.

Eine weitere wichtige Legierungskategorie in der Luft- und Raumfahrt- und Militärindustrie sind Aluminiumlegierungen. Das Verhältnis von Gewicht zu Stärke von Rohaluminium ist an sich bereits beeindruckend. Das Hinzufügen der Legierungselemente Kupfer, Magnesium, Mangan, Silizium, Zinn, Nickel und Zink verbessert diese Eigenschaften und macht Aluminiumlegierungen ideal für militärische und Luft- und Raumfahrtanwendungen. Die 7xxx -Reihe von Aluminiumlegierungen ist die am häufigsten verwendete Kategorie in Luft- und Raumfahrtanwendungen. Das primäre Legierungselement in der 7xxx -Serie ist Zink, was diese Kategorie zur stärksten Aluminiumlegierung macht. Die Streckgrenze der 7xxx -Serienlegierungen überstiegen 500 MPa. Die häufigsten 7xxx-Legierungen sind al-zn-mg-cu und al-li-cu-mg.