چرا قطعات هوافضا الزامات سختگیرانه ای برای عملیات حرارتی دارند؟

1. شرایط کاری شدید محدودیت‌های عملکرد مواد را آزمایش می‌کند.
تکنیک های عملیات حرارتی برای برآوردن نیازهای عملکردی رقیب قطعات هوافضا به طور همزمان مشکل دارند.
استحکام در دمای بالا و مقاومت در برابر خزش: پره های توربین باید در دمای بالای 1300 درجه قوی بمانند. عملیات حرارتی باید از طریق محلول جامد و درمان پیری، تقویت فاز بارش را تشکیل دهد. این باعث می شود آلیاژهای{3}}با دمای بالا{4}}پایه نیکل بیش از سه برابر بیشتر دوام بیاورند قبل از اینکه در اثر خزش بشکنند. به عنوان مثال، قدرت تحمل دمایی- نوع خاصی از تیغه موتور هواپیما از 400 مگاپاسکال به 650 مگاپاسکال پس از انجماد و عملیات حرارتی هدایت شده رسید.
برای افزایش استحکام تسلیم از 150 مگاپاسکال به 350 مگاپاسکال و در عین حال که چگالی آن تنها در یک -چگالی فولاد است، قطعات ساختاری بدنه آلیاژ آلومینیوم باید از عملیات حرارتی T6 (محلول جامد به اضافه پیری مصنوعی) عبور کنند. به همین دلیل رایج ترین آلیاژ آلومینیوم مورد استفاده در صنعت هوانوردی است.
ارابه فرود باید بتواند 10 سیکل بار را تحمل کند و فرآیند عملیات حرارتی باید ساختار دوفاز بینیت + مارتنزیت را از طریق خاموش کردن همدما بینیت ایجاد کند. این محدودیت خستگی فولاد 40CrNi2MoA را از 450MPa به 650MPa افزایش می دهد. پس از گرم شدن، سرعت انتشار شکستگی نوع خاصی از ارابه فرود هواپیما در شرایط سرویس شبیه سازی شده تا 60 درصد کاهش یافت.
2. کنترل فرآیند به خصوص با ساختارهای پیچیده سخت تر است.
ویژگی‌های هندسی پیچیده اجزای هوافضا مانع مهمی برای ثبات عملیات حرارتی است:
کنترل تغییر شکل سازه‌های-دیواره نازک: بخش‌های دیواره نازک{{1} (با ضخامت دیواره‌های 0.5 تا 2 میلی‌متر) در محفظه‌های احتراق موتور در حین خاموش کردن، به دلیل سرد شدن با سرعت‌های متفاوت، تمایل به تاب برداشتن دارند. فناوری خاموش کردن گاز با فشار بالا در خلاء فشار نیتروژن (2 تا 6 بار) را به دقت مدیریت می کند تا قطعات نازک- از خم شدن بیش از حد، از 0.3٪ تا 0.05٪، که برای مونتاژ دقیق مورد نیاز است، جلوگیری کند.
دیسک توربین نوع خاصی از موتورهای هوانوردی دارای قطر 800 میلی متر و ضخامت 200 میلی متر است. این بدان معنی است که گرمایش در تمام مناطق یکنواخت است. هنگام گرم کردن با یک کوره معمولی هوا، اختلاف دما بین هسته و سطح ممکن است تا 150 درجه سانتیگراد باشد. یکنواختی دما پس از جابجایی به کوره خلاء کنترل دما هوشمند چند منطقه ای در 5± درجه نگه داشته می شود. این برای جلوگیری از شکست زودهنگام ناشی از سازمان ناهموار است.
پردازش کانال های جریان در حفره داخلی دشوار است: کانال جریان خنک کننده حفره داخلی کل دیسک تیغه فقط 2-3 میلی متر عرض دارد، بنابراین به سختی می توان یک سازمان یکنواخت با عملیات حرارتی معمولی بدست آورد. با استفاده از گرمایش القایی و تکنیک‌های کوئنچ اسپری، تفاوت سختی بین سطح کانال جریان و هسته از 15HRC به 5HRC کاهش یافت. این باعث شد که کانال جریان در برابر خستگی حرارتی بسیار مقاوم تر شود.
3. الزامات ردیابی کیفیت باید در کل چرخه حیات رعایت شود.
صنعت هوافضا یک سیستم حلقه بسته کامل-برای بررسی کیفیت عملیات حرارتی راه اندازی کرده است:
پشتیبانی از پایگاه داده فرآیند: یک شرکت تولیدی هوانوردی یک پایگاه داده فرآیند عملیات حرارتی ایجاد کرده است که شامل بیش از 2000 نوع ماده است. هر فرآیند باید پارامترهای مناسب را فراخوانی کند. دمای انتقال فاز بتا آلیاژ تیتانیوم TC4 5 ± 980 درجه است. پایگاه داده به طور دقیق دمای محلول جامد را بین 975 تا 985 درجه حفظ می کند تا از سوختن بیش از حد یا درشت شدن ریزساختار جلوگیری کند.
قابلیت ردیابی رکورد کامل فرآیند: بیش از 30 مورد باید در طول فرآیند عملیات حرارتی حداقل به مدت 15 سال ثبت و نگهداری شوند. اینها عبارتند از منحنی گرمایش، سرعت سرمایش و درجه خلاء. پس از پنج سال استفاده، نوع خاصی از نازل موتور موشک شروع به شکستن کرد. با مشاهده سوابق عملیات حرارتی، مشخص شد که انحراف غلظت محیط خاموش کننده 0.5٪ است. در نهایت مشخص شد که این عامل اصلی ترک است.
آزمایش غیرمخرب الزامی است: تمام قطعات مهم باید 100٪ مواقع با امواج مافوق صوت آزمایش شوند، با حساسیت حداکثر 0.2 میلی‌متر برای سوراخ‌های کف صاف-. پس از گرم شدن، یک آزمایش مافوق صوت آرایه فازی، یک ریزترک 0.1 میلی متری را در مرز دانه یک یاتاقان هواپیمایی خاص شناسایی کرد. برای جلوگیری از حوادث جدی، کار مجدد به موقع انجام شد.
4. نیازهای خاص صنعت{1}} انگیزه بهبود دائمی فناوری است.
صنعت هوافضا برای پیشرفت فن‌آوری‌های عملیات حرارتی در جهت «سه اوج و یک پایین» فشار می‌آورد:
محیط خلاء بالا: آلیاژ تیتانیوم در دمای بالای 600 درجه به راحتی با اکسیژن واکنش می دهد. عملیات حرارتی خلاء می تواند سطح اکسیژن را زیر 10 ppm نگه دارد، که باعث می شود آلیاژ تیتانیوم TC11 25٪ در برابر خستگی قوی تر شود. عملیات حرارتی خلاء عمر عملیاتی نوع خاصی از براکت ماهواره در مدار را از 5 سال به 8 سال افزایش داده است.
کنترل دما بسیار دقیق: برای عملیات حرارتی نوع خاصی از تیغه تک کریستال موتور هواپیما، دما باید در محدوده 1.5 ± درجه باشد. یک سیستم نظارت بر دمای مادون قرمز و{2}}سیستم مدیریت حلقه بسته برای کاهش انحراف استاندارد محتوای فاز آلفای اولیه تیغه از 3٪ به 0.5٪ استفاده می شود. این باعث می‌شود عملکرد تیغه در دمای بالا بسیار پایدارتر شود.
پردازش پرتو انرژی بالا: فناوری تقویت سطح لیزر ممکن است یک لایه سخت شده تا عمق 0.5 میلی متر روی قطعه ایجاد کند. این امر عمر خستگی تماس نوع خاصی از چرخ دنده هلیکوپتر را از 10 7 برابر به 10 8 برابر افزایش می دهد و آن را 15% سبک تر می کند.
عملیات حرارتی هوانوردی به طور کامل از شر محیط های خاموش کننده حاوی سیانید خلاص شده و به محلول آبی پلی وینیل الکل (PVA) تبدیل شده است. این مقدار COD فاضلاب را از 5000 میلی گرم در لیتر به 200 میلی گرم در لیتر کاهش داده است که مطابق با قوانین زیست محیطی است.