טיפן פון היץ-קעגנשטעליקע מעטאַלן פֿאַר נוצן אין דזשעט ענדזשינז
דזשעט מאטארן ארבעטן אין גאר שווערע אומגעבונגען. אויסגאז טעמפעראטורן אין דער טורבין סעקציע קענען איבערשטייגן 1.000°C, בשעת קאמפאנענטן מוזן בלייבן שטארק אונטער הויכע ראטאציע לאסטן, הויכע דרוק, און אויסשטעלונג צו אקסידאציע און קאראזיע פון די הייסע גאזן. דעריבער, אויסקלויבן א מעטאל פאר א דזשעט מאטאר איז נישט פשוט א זאך פון "נישט צושמעלצן," נאר אויך פון אויפהאלטן מעכאנישע שטארקייט ביי הויכע טעמפעראטורן, קעגנשטעל צו קריכן, טערמישע מידקייט, און אויבערפלאך דעגראדאציע. דער ארטיקל דיסקוטירט די טיפן היץ-קעגנשטעליקע מעטאלן וואס ווערן געווענליך גענוצט אין דזשעט מאטארן און די טעכנישע סיבות הינטער זייער אויסקלויבן.
1. ניקעל-באזירטע סופּעראַלויז
ניקעל-באזירטע סופּעראַלויז זענען די "שטערן" פון דער הייסער זאָנע פון דזשעט מאָטאָרן, ספּעציעל טורבינע בליידז, וועינס, און געוויסע דיסקס. די אַלויז זענען דיזיינד צו בלייבן שטאַרק ביי הויכע טעמפּעראַטורן וואָס דערנענטערן זיך צו די גרענעצן פון סטרוקטורעלע מעטאַלן.
פארוואס איז ניקעל בעסער? ניקעל האט א סטאבילן קריסטאל סטרוקטור ביי הויכע טעמפעראטורן און קען ווערן צוזאמענגעשטעלט מיט אנדערע עלעמענטן צו פארגרעסערן שטארקייט. די הויפט פארשטארקונג קומט געווענליך פון גאמא-פריים (γ') פאזע אויסשיידונגען, טיפיש באזירט אויף Ni₃(Al,Ti), וואס שטעלן זיך קעגן פארשיבונג באוועגונג, האלטנדיג דעם מאטעריאל שטארק ביי הויכע טעמפעראטורן.
ביישפילן פון צומישן און באניצן:
– אינקאנעל 718: ברייט גענוצט פֿאַר קאָמפּרעסאָר הינטערשטע קאָמפּאָנענטן, קעיסינגז, און עטלעכע טורבין טיילן רעכט צו זיין הויך שטאַרקייט און לעפיערעך גוט גרינגקייט פון פאַבריקאַציע, כאָטש זיין אַפּערייטינג טעמפּעראַטור לימיט איז נידעריקער ווי די פון מאָדערן טורבין סופּעראַלויס.
– רענע, סי-עם-עס-עקס, און איינציק-קריסטאל צומישן: פאר פריע טורבינע בליידס, זענען סופערצומישן געמאכט מיט דירעקשאנעל סאלידיפיקאציע אדער איינציק-קריסטאל טעכנאלאגיע אפט גענוצט געווארן. די איינציק-קריסטאל סטרוקטור פארקלענערט קערל גרענעצן, אזוי דראמאטיש פארגרעסערנדיג קריך און טערמישע מידקייט קעגנשטאנד.
וידעפדיק:
– שטאַרק ביי הויכע טעמפּעראַטורן
– קעגנשטעלט זיך קעגן קריכן און טערמישע מידקייט
– קען זיין קאַמביינד מיט אַקסאַדיישאַן-קעגנשטעליק קאָוטינג
פעלן:
– טייער און שווער צו באַאַרבעטן
– הויכע געדיכטקייט (שווערער)
– פארלאנגט שטרענגע גיס טעקניקס און קוואַליטעט קאָנטראָל
2. קאָבאַלט-באַזירטע סופּעראַלויז
קאָבאַלט-באַזירטע סופּעראַלויז ווערן אויך גענוצט אין הייסע סביבות, כאָטש זייער נוצן איז בכלל מער באַגרענעצט ווי ניקעל. קאָבאַלט אַלויז טענד צו האָבן גוטע היץ קעראָוזשאַן קעגנשטעל און טראָגן קעגנשטעל, מאכן זיי פּאַסיק פֿאַר זיכער קאַמפּאָונאַנץ אַזאַ ווי קאַמבאַסטאָר ליינערז, נאָזל גייד וועינז, אָדער טיילן אונטערטעניק צו שטאַרק רייַבונג און אַקסאַדיישאַן.
הויפּט קעראַקטעריסטיקס:
– קעגנשטעליק צו אַקסאַדיישאַן און היץ קעראָוזשאַן
– סטאַביל ביי הויכע טעמפּעראַטורן אונטער געוויסע באַדינגונגען
– בעסערע טראָגן קעגנשטעל אין עטלעכע אַפּלאַקיישאַנז
וויכטיגע נאטיץ: אסאך מאדערנע דזשעט מאטאר דיזיינס פארלאזן זיך אויף ניקעל סופעראלויס פאר די העכסטע טעמפעראטורן, בשעת קאבאלט ווערט גענוצט ווען אויבערפלאך אייגנשאפטן, קעראזיע קעגנשטעל, אדער אנדערע ספעציפישע באדערפענישן זענען וויכטיגער.
3. טיטאניום צומישן (טיטאניום צומישן)
טיטאניום איז בארימט פאר זיין אויסגעצייכנטן שטארקייט-צו-געוויכט פארהעלטעניש. אין דזשעט מאטארן ווערט טיטאניום ברייט גענוצט אין טיילן וואס דערפארן נידעריגערע טעמפעראטורן ווי טורבינעס, ווי למשל ווענטילאטארן, פרי-ביז-מיט-שטאפל קאמפרעסארן, און שטיצע סטרוקטורן.
טעמפּעראַטור לימיטן: טיטאַניום אַלויז אַרבעטן בכלל עפֿעקטיוו ביז אַרום 300–600°C (אָפּהענגיק פֿון דעם טיפּ און די באַדינגונגען פֿון אַלויז), אַזוי זיי ווערן נישט געניצט אויף דער הייססטער זײַט פֿון דער טורבינע. אָבער, ווײַל דער קאָמפּרעסאָר דערפֿאַרט אויך הויכע טעמפּעראַטורן, שפּילט טיטאַניום נאָך אַ באַדײַטנדיקע ראָלע אין רעדוצירן דעם גאַנצן וואָג פֿון מאָטאָר.
בייַשפּיל: Ti-6Al-4V איז איינע פון די מערסט פּאָפּולערע טיטאַניום אַלויז אין דער לופטפאָרט אינדוסטריע, ספּעציעל פֿאַר קאָמפּרעסאָר קאָמפּאָנענטן און סטרוקטורן וואָס דאַרפן לייכטקייט אָבער שטאַרקייט.
וידעפדיק:
– ליכטיק, שטאַרק, און קעראָוזשאַן קעגנשטעליק
– רעדוצירט ראָטירנדיקע מאַסע אַזוי עפֿעקטיווקייט פֿאַרגרעסערט זיך
פעלן:
– נישט פּאַסיק פֿאַר די הייססטע טורבין זאָנעס
– קען דערפאַרן אַקסאַדיישאַן/פאַרשוואַכטונג פון אייגנשאַפטן אויב די דיזיין טעמפּעראַטור לימיט ווערט איבערגעשטיגן.
4. היץ-קעגנשטעליק שטאָל און ומבאַפלעקט שטאָל (היץ-קעגנשטעליק שטאָל און ומבאַפלעקט שטאָל)
נישט-ראסטיקער שטאָל און היץ-קעגנשטעליקער צומיש שטאָל ווערן גענוצט אין דזשעט מאָטאָר טיילן וואָס דאַרפן אַקסאַדיישאַן קעגנשטעל און מעסיק שטאַרקייט ביי מיטל טעמפּעראַטורן, ווי אויך זייַענדיק מער עקאָנאָמיש ווי סופּעראַלויז.
אַפּפּליקאַטיאָנס:
– געוויסע קעיסינגז, רערן, פאַסטאַנינגז און שטיצנדיקע קאָמפּאָנענטן
– די אויספּוסט סעקציע אדער אויסערליכע סטרוקטור האט א נידעריגערע טעמפעראטור ווי די קערן טורבין.
וידעפדיק:
– ביליקער און גרינגער צו פּראָצעסירן
– קעראָוזשאַן קעגנשטעל איז גאַנץ גוט (דעפּענדינג אויף גראַד)
פעלן:
– הויך טעמפּעראַטור שטאַרקייט און קריך קעגנשטעל זענען בכלל ערגער ווי סופּעראַלויס.
– נישט פּאַסיק פֿאַר פרי-שטאַפּל טורבין קאָמפּאָנענטן
5. ניקעל-אייזן באזירטע צומישן און ספעציעלע צומישן (למשל אינקאלוי)
אין צוגאב צו ריינע ניקעל סופּעראַלויז, זענען אויך דא ניקעל-אייַזן אַלויז וואָס ווערן גענוצט צו דערגרייכן אַ וואָג צווישן היץ קעגנשטעל, שטאַרקייט, קעראָוזשאַן קעגנשטעל, און פאַבריקאַציע קייפּאַבילאַטיז. אַלויז ווי ינקאָלאָי ווערן אָפט גענוצט אין קאַמפּאָונאַנץ וואָס דאַרפן אַקסאַדיישאַן / טערמאַל קעראָוזשאַן קעגנשטעל אָבער זענען נישט אויסגעשטעלט צו די מערסט עקסטרעמע טעמפּעראַטורן.
ראָלע אין דזשעט מאָטאָרן:
– קאָמפּאָנענטן אַרום דער פֿאַרברענונג קאַמער אָדער געוויסע הייסע גאַז קאַנאַלן
– טיילן וואָס דאַרפן דימענסיאָנעלע פעסטקייט און אַקסאַדיישאַן קעגנשטעל
6. טאַנטאַלום, מאָליבדענום, און וואָלפרעסט (רעפראַקטאָרי מעטאַלן)
פייער-קעגנשטעליקע מעטאַלן ווי וואָלפרעסט (W), מאָליבדענום (Mo), און טאַנטאַלום (Ta) האָבן זייער הויכע שמעלץ-פּונקטן. אין טעאָריע, זענען זיי זייער אַטראַקטיוו פֿאַר הייסע סביבות. אָבער, אין פּראַקטישע דזשעט-מאָטאָרן, איז זייער נוצן באַגרענעצט דורך עטלעכע באַגרענעצונגען: הויכע געדיכטקייט (ספּעציעל פֿאַר וואָלפרעסט), פאַבריקאַציע שוועריקייטן, און סאַסעפּטאַבילאַטי צו אַקסאַדיישאַן ביי הויכע טעמפּעראַטורן אָן ספּעציעלע שוץ.
לימיטירטע נוצן:
– מאל אלס אן צומיש-עלעמענט אין סופעראלויז צו פארגרעסערן הויך-טעמפּעראַטור שטארקייט.
– ספּעציעלע אַפּליקאַציעס אויף געוויסע קאָמפּאָנענטן, מאַטעריאַל פאָרשונג, אָדער טיילן וואָס דאַרפן עקסטרעמע טעמפּעראַטור קעגנשטעל אין אַ קאָנטראָלירט סביבה.
מיט אנדערע ווערטער, רעפראַקטאָרי מעטאַלן זענען אָפט "פאַראַן" נישט ווי דער הויפּט מאַטעריאַל פון גרויסע קאָמפּאָנענטן, נאָר ווי פארשטארקנדיקע עלעמענטן אין מאָדערנע אַלויז.
7. טערמישע באַריער קאָוטינגז (TBC) און סיסטעמען
כאָטש נישט "באַזע מעטאַלן," וואָלט קיין דיסקוסיע וועגן היץ-קעגנשטעליקע מעטאַלן אין דזשעט מאָטאָרן נישט זיין גאַנץ אָן דערמאָנען אַז די הייססטע קאָמפּאָנענטן כּמעט שטענדיק פאַרלאָזן זיך אויף קאָוטינגז. פילע טורבין בליידז זענען געמאַכט פון ניקעל סופּעראַלויז ניצנדיק:
– בונד קאָוט (למשל MCrAlY, וואו M = Ni/Co) פֿאַר אַקסאַדיישאַן קעגנשטעל
– TBC קעראַמיקס (למשל יטריאַ-סטאַביליזירטע זירקאָניאַ/YSZ) צו נידעריקערן די טעמפּעראַטור פון די באַזע מעטאַל
די קאָמבינאַציע פֿון סופּעראַלויז, אינעווייניקסטע קילונג, און קאָוטינגז ערמעגליכט פֿיל העכערע אָפּערירנדיקע גאַז טעמפּעראַטורן ווי מעטאַלן אַליין קענען שעפּן. דאָס איז אַ שליסל סטראַטעגיע פֿאַר פֿאַרבעסערן די עפֿעקטיווקייט פֿון מאָדערנע דזשעט מאָטאָרן.
8. קריטעריעס פֿאַר אויסקלייבן היץ-קעגנשטעליקע מעטאַלן פֿאַר דזשעט מאָטאָרן
אין דזשעט מאָטאָר פּלאַן, "היץ קעגנשטעל" מיינט צו טרעפן עטלעכע קרייטיריאַ אין אַמאָל:
1. הויך טעמפּעראַטור שטאַרקייט: פארלירט נישט שטאַרקייט דראַסטיש ווען הייס.
2. קריך קעגנשטעל: קענען אויסהאלטן שטענדיגע דעפארמאציע ווען אונטערטעניק צו לאנג-טערמין לאסט ביי הויכע טעמפעראטורן.
3. קעגנשטעל צו אקסידאציע און הייסע קאראזיע: נישט שנעל דעגריידעד דורך הייסע גאזן.
4. טערמישע מידקייט קעגנשטעל: קענען אויסהאלטן ריפּיטיד היץ-קאַלט סייקאַלז.
5. פאבריקאציע און פארריכטונג מעגלעכקייטן: קען ווערן געגאסן, געשמידט, געשוועיסט/פארריכט, און קוואליטעט קאנטראלירט.
6. וואָג און קאָסטן: זייער וויכטיק פֿאַר פאָרשטעלונג און עקאנאמיע.
קעסימפּולאַן
די היץ-קעגנשטעליקע מעטאַלן געניצט אין דזשעט מאָטאָרן זענען נישט איין טיפּ, נאָר אַ זאַמלונג פון מאַטעריאַלן אויסגעקליבן באַזירט אויף טעמפּעראַטור זאָנעס און אַרבעטסלאָודז. ניקעל-באַזירטע סופּעראַלויז דאָמינירן די הייססטע געביטן, אַזאַ ווי טורבינען, רעכט צו זייער העכערע הויך-טעמפּעראַטור שטאַרקייט און קריך קעגנשטעל, בשעת קאָבאַלט סופּעראַלויז ווערן געניצט אין ספּעציפֿישע אַפּלאַקיישאַנז וואָס דאַרפן היץ קעראָוזשאַן און טראָגן קעגנשטעל. טיטאַניום איז אויסדערוויילט פֿאַר קאַמפּרעסערז און קולער טיילן ווייַל עס איז זייער ליכט אָבער שטאַרק, בשעת היץ-קעגנשטעליקע שטאָל און ניקעל-אייַזן אַלויז אַדרעסירן די באדערפענישן אין די ינטערמידייט טעמפּעראַטור קייט מיט בעסער קאָסטן און גרינגקייט פון פאַבריקאַציע. העכער אַלע, טערמישע באַריער קאָוטינגז און קאָאָלינג דיזיינז זענען אַ נייטיק פּאָר וואָס אַלאַוז מאָדערן דזשעט מאָטאָרן צו אַרבעטן אין גאָר הויך גאַז טעמפּעראַטורעס.
אויב איר ווילט, קען איך אַדאַפּטירן דעם אַרטיקל אין אַ מער טעכנישער ווערסיע (מיט ביישפילן פון ספּעציפֿישע קאָמפּאָנענטן פּער זאָנע: ווענטילאַטאָר-קאָמפּרעסאָר-פאַרברענער-טורבינע-אויסגאַנג) אָדער אַ פּשוטערע ווערסיע פֿאַרן אַלגעמיינעם לייענער.
