ஜெட் என்ஜின்களில் பயன்படுத்தப்படும் வெப்ப எதிர்ப்பு உலோகங்களின் வகைகள்
ஜெட் என்ஜின்கள் மிகவும் கடுமையான சூழல்களில் இயங்குகின்றன. டர்பைன் பகுதியில் வெளியேறும் வாயுக்களின் வெப்பநிலை 1.000°C-ஐத் தாண்டக்கூடும், அதே சமயம், அதிக சுழற்சிச் சுமைகள், உயர் அழுத்தங்கள், மற்றும் சூடான வாயுக்களால் ஏற்படும் ஆக்சிஜனேற்றம் மற்றும் அரிப்பு ஆகியவற்றின் கீழும் பாகங்கள் உறுதியாக இருக்க வேண்டும். எனவே, ஒரு ஜெட் என்ஜினுக்கான உலோகத்தைத் தேர்ந்தெடுப்பது என்பது வெறுமனே "உருகாமல் இருப்பது" மட்டுமல்ல, உயர் வெப்பநிலையில் இயந்திர வலிமையைப் பராமரிப்பது, நெகிழ்வு, வெப்பச் சோர்வு மற்றும் மேற்பரப்புச் சிதைவு ஆகியவற்றைத் தடுப்பதும் ஆகும். இந்தக் கட்டுரை, ஜெட் என்ஜின்களில் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் வெப்ப-எதிர்ப்பு உலோகங்களின் வகைகள் மற்றும் அவற்றைத் தேர்ந்தெடுப்பதற்கான தொழில்நுட்பக் காரணங்களைப் பற்றி விவாதிக்கிறது.
1. நிக்கல் அடிப்படையிலான சூப்பர் அலாய்கள்
நிக்கல் அடிப்படையிலான சூப்பர் அலாய்கள், ஜெட் என்ஜின்களின் வெப்ப மண்டலத்தின், குறிப்பாக டர்பைன் பிளேடுகள், இறக்கைகள் மற்றும் சில வட்டுகளின் "நட்சத்திரங்கள்" ஆகும். இந்த உலோகக் கலவைகள், கட்டமைப்பு உலோகங்களின் வரம்புகளை நெருங்கும் உயர் வெப்பநிலைகளிலும் வலுவாக நிலைத்திருக்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன.
நிக்கல் ஏன் சிறந்தது? நிக்கல் அதிக வெப்பநிலையில் ஒரு நிலையான படிக அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் வலிமையை அதிகரிக்க மற்ற தனிமங்களுடன் கலப்புலோகம் செய்யப்படலாம். இதன் முதன்மை வலிமையூட்டல் பொதுவாக காமா-பிரைம் (γ') கட்ட வீழ்படிவுகளிலிருந்து வருகிறது. இவை பொதுவாக Ni₃(Al,Ti)-ஐ அடிப்படையாகக் கொண்டவை. இவை இடப்பெயர்ச்சி இயக்கத்தை எதிர்த்து, அதிக வெப்பநிலையில் பொருளை வலிமையாக வைத்திருக்கின்றன.
உலோகக் கலவைகள் மற்றும் அவற்றின் பயன்கள் குறித்த எடுத்துக்காட்டுகள்:
– இன்கோனல் 718: இதன் அதிக வலிமை மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் நல்ல தயாரிப்பு எளிமை காரணமாக, கம்ப்ரசர் பின்புற பாகங்கள், உறைகள் மற்றும் சில டர்பைன் பாகங்களுக்கு இது பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இருப்பினும், இதன் இயக்க வெப்பநிலை வரம்பு நவீன டர்பைன் சூப்பர் அலாய்களை விடக் குறைவாக உள்ளது.
– ரெனே, சிஎம்எஸ்எக்ஸ் மற்றும் ஒற்றைப் படிகக் கலவைகள்: ஆரம்பகால டர்பைன் பிளேடுகளுக்கு, திசைசார் திடப்படுத்தல் அல்லது ஒற்றைப் படிகத் தொழில்நுட்பத்தில் உருவாக்கப்பட்ட சூப்பர் அலாய்கள் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்பட்டன. ஒற்றைப் படிக அமைப்பானது தானிய எல்லைகளைக் குறைக்கிறது, இதன்மூலம் ஊர்ந்துசெல்லல் மற்றும் வெப்பச் சோர்வு எதிர்ப்பை வியத்தகு முறையில் அதிகரிக்கிறது.
மிகை:
– அதிக வெப்பநிலையில் வலிமையானது
– நெகிழ்வு மற்றும் வெப்பச் சோர்வை எதிர்க்கிறது
– ஆக்சிஜனேற்ற-எதிர்ப்புப் பூச்சுடன் இணைக்கப்படலாம்
பற்றாக்குறை:
– விலை உயர்ந்தது மற்றும் செயலாக்கக் கடினமானது
– அதிக அடர்த்தி (கனமானது)
– கடுமையான வார்ப்பு நுட்பங்களும் தரக் கட்டுப்பாடும் தேவைப்படுகிறது
2. கோபால்ட் அடிப்படையிலான சூப்பர் அலாய்கள்
கோபால்ட் அடிப்படையிலான சூப்பர் அலாய்களும் வெப்பமான சூழல்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இருப்பினும் அவற்றின் பயன்பாடு பொதுவாக நிக்கலை விடக் குறைவாகவே உள்ளது. கோபால்ட் அலாய்கள் நல்ல வெப்ப அரிப்பு எதிர்ப்பு மற்றும் தேய்மான எதிர்ப்புத் திறனைக் கொண்டிருப்பதால், அவை எரிப்புக் கலன் லைனர்கள், முனை வழிகாட்டித் தகடுகள் அல்லது வலுவான உராய்வு மற்றும் ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கு உட்பட்ட பாகங்கள் போன்ற குறிப்பிட்ட கூறுகளுக்குப் பொருத்தமானவையாக இருக்கின்றன.
முக்கிய பண்புகள்:
– ஆக்சிஜனேற்றம் மற்றும் வெப்ப அரிப்பை எதிர்க்கும்
– குறிப்பிட்ட நிபந்தனைகளின் கீழ் அதிக வெப்பநிலையிலும் நிலைத்தன்மை கொண்டது
– சில பயன்பாடுகளில் சிறந்த தேய்மான எதிர்ப்புத் திறன்
முக்கிய குறிப்பு: பல நவீன ஜெட் எஞ்சின் வடிவமைப்புகள் மிக உயர்ந்த வெப்பநிலைகளுக்காக நிக்கல் சூப்பர் அலாய்களைச் சார்ந்துள்ளன, அதேசமயம் மேற்பரப்பு பண்புகள், அரிப்பு எதிர்ப்புத்திறன் அல்லது பிற குறிப்பிட்ட தேவைகள் மிகவும் முக்கியமானதாக இருக்கும்போது கோபால்ட் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
3. டைட்டானியம் கலப்புலோகங்கள் (Titanium alloys)
டைட்டானியம் அதன் சிறந்த வலிமை-எடை விகிதத்திற்காகப் புகழ்பெற்றது. ஜெட் என்ஜின்களில், விசிறிகள், ஆரம்ப மற்றும் இடைநிலை அமுக்கிகள், மற்றும் துணை கட்டமைப்புகள் போன்ற, டர்பைன்களை விடக் குறைந்த வெப்பநிலையை எதிர்கொள்ளும் பாகங்களில் டைட்டானியம் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
வெப்பநிலை வரம்புகள்: டைட்டானியம் கலப்புலோகங்கள் பொதுவாக சுமார் 300–600°C வரை (கலப்புலோக வகை மற்றும் நிலைமைகளைப் பொறுத்து) திறம்படச் செயல்படுகின்றன, எனவே அவை டர்பைனின் அதிக வெப்பமான பகுதியில் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை. இருப்பினும், கம்ப்ரஸரும் அதிக வெப்பநிலையை எதிர்கொள்வதால், இயந்திரத்தின் ஒட்டுமொத்த எடையைக் குறைப்பதில் டைட்டானியம் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க பங்கை வகிக்கிறது.
உதாரணம்: Ti-6Al-4V என்பது விண்வெளித் துறையில் மிகவும் பிரபலமான டைட்டானியம் கலப்புலோகங்களில் ஒன்றாகும்; குறிப்பாக, இலகுத்தன்மையும் வலிமையும் தேவைப்படும் அமுக்கி பாகங்கள் மற்றும் கட்டமைப்புகளுக்கு இது பயன்படுத்தப்படுகிறது.
மிகை:
– இலகுவான, வலிமையான மற்றும் அரிப்பை எதிர்க்கும் திறன் கொண்டது
– சுழலும் நிறையைக் குறைப்பதால் செயல்திறன் அதிகரிக்கிறது.
பற்றாக்குறை:
– மிகவும் வெப்பமான டர்பைன் மண்டலங்களுக்கு ஏற்றதல்ல
வடிவமைக்கப்பட்ட வெப்பநிலை வரம்பு மீறப்பட்டால், ஆக்ஸிஜனேற்றம் ஏற்பட்டு பண்புகள் சிதைவு அடையலாம்.
4. வெப்பத் தடுப்பு எஃகு மற்றும் துருப்பிடிக்காத எஃகு (Heat-resistant steels & stainless steels)
ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்புத் திறனும், மிதமான வெப்பநிலையில் நடுத்தர வலிமையும் தேவைப்படும் ஜெட் இன்ஜின் பாகங்களில் துருப்பிடிக்காத எஃகு மற்றும் வெப்ப-எதிர்ப்பு கலப்பு எஃகு பயன்படுத்தப்படுகின்றன; மேலும், இவை சூப்பர் அலாய்களை விட சிக்கனமானவையாகவும் உள்ளன.
அப்ளிகாசி உம்:
– குறிப்பிட்ட உறைகள், குழாய்கள், இணைப்பான்கள் மற்றும் துணைக்கூறுகள்
– வெளியேற்றும் பகுதி அல்லது வெளிப்புறக் கட்டமைப்பு, மைய விசையாழியை விடக் குறைந்த வெப்பநிலையைக் கொண்டுள்ளது.
மிகை:
– மலிவானது மற்றும் செயலாக்க எளிதானது
– அரிமான எதிர்ப்புத்திறன் ஓரளவு நன்றாக உள்ளது (தரத்தைப் பொறுத்து).
பற்றாக்குறை:
– உயர் வெப்பநிலை வலிமை மற்றும் நெகிழ்வுத் தடுப்புத்திறன் ஆகியவை பொதுவாக சூப்பர் அலாய்களைக் காட்டிலும் தாழ்வானவை.
– ஆரம்ப நிலை டர்பைன் பாகங்களுக்குப் பொருந்தாது
5. நிக்கல்-இரும்பு அடிப்படையிலான கலப்புலோகங்கள் மற்றும் சிறப்பு கலப்புலோகங்கள் (எ.கா. இன்கோலாய்)
தூய நிக்கல் சூப்பர் அலாய்களுக்குக் கூடுதலாக, வெப்ப எதிர்ப்பு, வலிமை, அரிப்பு எதிர்ப்பு மற்றும் உற்பத்தித் திறன்கள் ஆகியவற்றுக்கு இடையே ஒரு சமநிலையை அடையப் பயன்படும் நிக்கல்-இரும்பு அலாய்களும் உள்ளன. இன்கோலாய் போன்ற அலாய்கள், ஆக்சிஜனேற்றம்/வெப்ப அரிப்பு எதிர்ப்புத் தேவைப்படும், ஆனால் மிகக் கடுமையான வெப்பநிலைகளுக்கு உட்படாத பாகங்களில் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
ஜெட் என்ஜின்களில் பங்கு:
– எரிப்பு அறையைச் சுற்றியுள்ள கூறுகள் அல்லது குறிப்பிட்ட சூடான வாயு வழித்தடங்கள்
– பரிமாண நிலைத்தன்மை மற்றும் ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்புத் தேவைப்படும் பாகங்கள்
6. டாண்டலம், மாலிப்டினம் மற்றும் டங்ஸ்டன் (வெப்பத்தடுப்பு உலோகங்கள்)
டங்ஸ்டன் (W), மாலிப்டினம் (Mo), மற்றும் டாண்டலம் (Ta) போன்ற வெப்பத்தைத் தாங்கும் உலோகங்கள் மிக அதிக உருகுநிலைகளைக் கொண்டுள்ளன. கோட்பாட்டளவில், அவை வெப்பமான சூழல்களுக்கு மிகவும் உகந்தவை. இருப்பினும், நடைமுறை ஜெட் என்ஜின்களில், அவற்றின் பயன்பாடு பல கட்டுப்பாடுகளால் வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது: அதிக அடர்த்தி (குறிப்பாக டங்ஸ்டனுக்கு), தயாரிப்புச் சிக்கல்கள், மற்றும் சிறப்புப் பாதுகாப்பு இல்லாமல் அதிக வெப்பநிலையில் ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கு ஆளாகும் தன்மை.
வரையறுக்கப்பட்ட பயன்பாடு:
– சில சமயங்களில் உயர் வெப்பநிலை வலிமையை அதிகரிப்பதற்காக சூப்பர் அலாய்களில் ஒரு கலப்புலோகக் கூறாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
– கட்டுப்படுத்தப்பட்ட சூழலில் தீவிர வெப்பநிலை எதிர்ப்பைக் கோரும் குறிப்பிட்ட கூறுகள், பொருள் ஆராய்ச்சி அல்லது பாகங்களுக்கான சிறப்புப் பயன்பாடுகள்.
வேறுவிதமாகக் கூறினால், வெப்பத்தைத் தாங்கும் உலோகங்கள் பெரும்பாலும் பெரிய பாகங்களின் முக்கியப் பொருளாக இல்லாமல், நவீன உலோகக் கலவைகளில் வலுவூட்டும் கூறுகளாகவே காணப்படுகின்றன.
7. வெப்பத் தடுப்புப் பூச்சுகள் (TBC) மற்றும் அமைப்புகள்
ஜெட் என்ஜின்கள் "அடிப்படை உலோகங்கள்" அல்ல என்றாலும், அவற்றில் மிகவும் வெப்பமான பாகங்கள் பெரும்பாலும் பூச்சுகளையே சார்ந்திருக்கின்றன என்பதைக் குறிப்பிடாமல், வெப்ப-எதிர்ப்பு உலோகங்களைப் பற்றிய எந்தவொரு விவாதமும் முழுமையடையாது. பல டர்பைன் பிளேடுகள், நிக்கல் சூப்பர் அலாய்களைப் பயன்படுத்தித் தயாரிக்கப்படுகின்றன:
– ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்பிற்கான பிணைப்புப் பூச்சு (எ.கா. MCrAlY, இதில் M = Ni/Co)
– அடிப்படை உலோக வெப்பநிலையைக் குறைப்பதற்காக TBC பீங்கான்கள் (எ.கா. இட்ரியா-நிலைப்படுத்தப்பட்ட சிர்கோனியா/YSZ) பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
சூப்பர் அலாய்கள், உள்ளகக் குளிரூட்டல் மற்றும் பூச்சுகளின் ஒருங்கிணைப்பு, உலோகங்களால் மட்டுமே கையாளக்கூடியதை விட மிக அதிக இயக்க வாயு வெப்பநிலைகளை அனுமதிக்கிறது. இது நவீன ஜெட் என்ஜின்களின் செயல்திறனை மேம்படுத்துவதற்கான ஒரு முக்கிய உத்தியாகும்.
8. ஜெட் என்ஜின்களுக்கான வெப்ப-எதிர்ப்பு உலோகங்களைத் தேர்ந்தெடுப்பதற்கான அளவுகோல்கள்
ஜெட் எஞ்சின் வடிவமைப்பில், “வெப்ப எதிர்ப்புத்திறன்” என்பது ஒரே நேரத்தில் பல அளவுகோல்களைப் பூர்த்தி செய்வதைக் குறிக்கிறது:
1. உயர் வெப்பநிலை வலிமை: சூடாகும் போது அதன் வலிமையை பெருமளவில் இழக்காது.
2. நெகிழ்வுத் தடுப்புத்திறன்: அதிக வெப்பநிலையில் நீண்ட காலச் சுமைக்கு உட்படுத்தப்படும்போது, நிரந்தரமான உருக்குலைவைத் தாங்கக்கூடியது.
3. ஆக்சிஜனேற்றம் மற்றும் வெப்ப அரிமானத்திற்கு எதிர்ப்புத்தன்மை: சூடான வாயுக்களால் எளிதில் சிதைவடைவதில்லை.
4. வெப்பச் சோர்வு எதிர்ப்புத்திறன்: மீண்டும் மீண்டும் ஏற்படும் வெப்பம்-குளிர் சுழற்சிகளைத் தாங்கக்கூடியது.
5. உற்பத்தி மற்றும் பழுதுபார்க்கும் திறன்கள்: வார்ப்பு, அடித்து உருவாக்குதல், பற்றவைத்தல்/பழுதுபார்த்தல் மற்றும் தரக்கட்டுப்பாடு ஆகியவற்றைச் செய்ய முடியும்.
6. எடை மற்றும் விலை: செயல்திறனுக்கும் சிக்கனத்திற்கும் மிகவும் முக்கியமானது.
முடிவுரை
ஜெட் என்ஜின்களில் பயன்படுத்தப்படும் வெப்ப-எதிர்ப்பு உலோகங்கள் ஒரே வகையைச் சேர்ந்தவை அல்ல, மாறாக வெப்பநிலை மண்டலங்கள் மற்றும் பணிச்சுமைகளின் அடிப்படையில் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட பொருட்களின் தொகுப்பாகும். நிக்கல் அடிப்படையிலான சூப்பர் அலாய்கள், அவற்றின் உயர்ந்த உயர்-வெப்பநிலை வலிமை மற்றும் நெகிழ்வு எதிர்ப்பின் காரணமாக, டர்பைன்கள் போன்ற அதிக வெப்பமான பகுதிகளில் ஆதிக்கம் செலுத்துகின்றன. அதே சமயம், வெப்ப அரிப்பு மற்றும் தேய்மான எதிர்ப்புத் தேவைப்படும் குறிப்பிட்ட பயன்பாடுகளில் கோபால்ட் சூப்பர் அலாய்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. டைட்டானியம் மிகவும் இலகுவாகவும் அதே சமயம் வலிமையாகவும் இருப்பதால், கம்ப்ரஸர்கள் மற்றும் குளிர்விப்பான் பாகங்களுக்குத் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது. அதே நேரத்தில், வெப்ப-எதிர்ப்பு எஃகுகள் மற்றும் நிக்கல்-இரும்பு கலப்புலோகங்கள், சிறந்த விலை மற்றும் எளிதான உற்பத்தியுடன் இடைப்பட்ட வெப்பநிலை வரம்பில் உள்ள தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்கின்றன. எல்லாவற்றிற்கும் மேலாக, வெப்பத் தடுப்புப் பூச்சுகள் மற்றும் குளிர்விப்பு வடிவமைப்புகள் ஆகியவை நவீன ஜெட் என்ஜின்களை மிக அதிக வாயு வெப்பநிலையில் இயங்கச் செய்ய உதவும் ஒரு அவசியமான இணைப்பாகும்.
நீங்கள் விரும்பினால், இந்தக் கட்டுரையை நான் மேலும் தொழில்நுட்பம் சார்ந்த பதிப்பாக (ஒவ்வொரு மண்டலத்திற்குமான குறிப்பிட்ட பாகங்களின் எடுத்துக்காட்டுகளுடன்: விசிறி–அமுக்கி–எரிப்பான்–சுழலி–வெளியேற்றி) அல்லது பொது வாசகர்களுக்கான எளிய பதிப்பாக மாற்றியமைத்துத் தர முடியும்.
