ඉහළ උෂ්ණත්ව මිශ්ර ලෝහය තාප ශක්තිය මිශ්ර ලෝහය ලෙසද හැඳින්වේ. අනුකෘති ව්යුහයට අනුව, ද්රව්ය කාණ්ඩ තුනකට බෙදිය හැකිය: යකඩ මත පදනම් වූ නිකල් මත පදනම් වූ සහ ක්රෝමියම් මත පදනම් වූ. නිෂ්පාදන මාදිලියට අනුව, එය විකෘති වූ සුපිරි මිශ්ර ලෝහ සහ වාත්තු සුපිරි මිශ්ර ලෝහ ලෙස බෙදිය හැකිය.
එය අභ්යවකාශ ක්ෂේත්රයේ අත්යවශ්ය අමුද්රව්යයකි. එය අභ්යවකාශ සහ ගුවන් සේවා නිෂ්පාදන එන්ජින්වල ඉහළ උෂ්ණත්ව කොටස සඳහා ප්රධාන ද්රව්යයකි. එය ප්රධාන වශයෙන් දහන කුටිය, ටර්බයින තලය, මාර්ගෝපදේශක තලය, සම්පීඩකය සහ ටර්බයින තැටිය, ටර්බයින නඩුව සහ අනෙකුත් කොටස් නිෂ්පාදනය සඳහා භාවිතා කරයි. සේවා උෂ්ණත්ව පරාසය 600 ℃ - 1200 ℃ වේ. භාවිතා කරන කොටස් අනුව ආතතිය සහ පාරිසරික තත්ත්වයන් වෙනස් වේ. මිශ්ර ලෝහයේ යාන්ත්රික, භෞතික හා රසායනික ගුණාංග සඳහා දැඩි අවශ්යතා තිබේ. එන්ජිමේ ක්රියාකාරිත්වය, විශ්වසනීයත්වය සහ ආයු කාලය සඳහා එය තීරණාත්මක සාධකයකි. එබැවින්, සුපිරි මිශ්ර ලෝහය යනු දියුණු රටවල අභ්යවකාශ සහ ජාතික ආරක්ෂක ක්ෂේත්රවල ප්රධාන පර්යේෂණ ව්යාපෘතිවලින් එකකි.
සුපිරි මිශ්ර ලෝහවල ප්රධාන යෙදුම් වන්නේ:
1. දහන කුටිය සඳහා ඉහළ උෂ්ණත්ව මිශ්ර ලෝහය
ගුවන් ටර්බයින එන්ජිමේ දහන කුටිය (ගිනි නළය ලෙසද හැඳින්වේ) ප්රධාන අධි-උෂ්ණත්ව සංරචක වලින් එකකි. ඉන්ධන පරමාණුකරණය, තෙල් සහ ගෑස් මිශ්ර කිරීම සහ අනෙකුත් ක්රියාවලීන් දහන කුටිය තුළ සිදු කරන බැවින්, දහන කුටියේ උපරිම උෂ්ණත්වය 1500 ℃ - 2000 ℃ දක්වා ළඟා විය හැකි අතර, දහන කුටියේ බිත්ති උෂ්ණත්වය 1100 ℃ දක්වා ළඟා විය හැකිය. ඒ සමඟම, එය තාප ආතතිය සහ වායු ආතතිය ද දරයි. ඉහළ තෙරපුම/බර අනුපාතයක් ඇති බොහෝ එන්ජින් කෙටි දිගක් සහ ඉහළ තාප ධාරිතාවක් ඇති වළයාකාර දහන කුටි භාවිතා කරයි. දහන කුටියේ උපරිම උෂ්ණත්වය 2000 ℃ දක්වා ළඟා වන අතර, ගෑස් පටල හෝ වාෂ්ප සිසිලනයෙන් පසු බිත්ති උෂ්ණත්වය 1150 ℃ දක්වා ළඟා වේ. විවිධ කොටස් අතර විශාල උෂ්ණත්ව අනුක්රමණයන් තාප ආතතිය ජනනය කරනු ඇත, එය වැඩ කරන තත්වය වෙනස් වන විට තියුනු ලෙස ඉහළ ගොස් පහත වැටෙනු ඇත. ද්රව්යය තාප කම්පනය සහ තාප තෙහෙට්ටුව බරට යටත් වන අතර, විකෘති කිරීම්, ඉරිතැලීම් සහ වෙනත් දෝෂ ඇති වේ. සාමාන්යයෙන්, දහන කුටිය තහඩු මිශ්ර ලෝහයෙන් සාදා ඇති අතර, නිශ්චිත කොටස්වල සේවා කොන්දේසි අනුව තාක්ෂණික අවශ්යතා පහත පරිදි සාරාංශ කර ඇත: ඉහළ උෂ්ණත්ව මිශ්ර ලෝහයක් සහ වායුවක් භාවිතා කිරීමේ කොන්දේසි යටතේ එයට යම් ඔක්සිකරණ ප්රතිරෝධයක් සහ වායු විඛාදන ප්රතිරෝධයක් ඇත; එයට යම් ක්ෂණික සහ විඳදරාගැනීමේ ශක්තියක්, තාප තෙහෙට්ටුව කාර්ය සාධනයක් සහ අඩු ප්රසාරණ සංගුණකයක් ඇත; සැකසීම, සැකසීම සහ සම්බන්ධතාවය සහතික කිරීමට එයට ප්රමාණවත් ප්ලාස්ටික් බවක් සහ වෑල්ඩින් හැකියාවක් ඇත; සේවා කාලය තුළ විශ්වාසදායක ක්රියාකාරිත්වය සහතික කිරීම සඳහා තාප චක්රය යටතේ එය හොඳ සංවිධානාත්මක ස්ථාවරත්වයක් ඇත.
a. MA956 මිශ්ර ලෝහ සිදුරු සහිත ලැමිෙන්ට්
මුල් අවධියේදී, සිදුරු සහිත ලැමිෙන්ට් එක ඡායාරූපගත කර, කැටයම් කර, කට්ට දමා සිදුරු කිරීමෙන් පසු විසරණ බන්ධනය මගින් HS-188 මිශ්ර ලෝහ පත්රයෙන් සාදන ලදී. සැලසුම් අවශ්යතා අනුව අභ්යන්තර ස්ථරය කදිම සිසිලන නාලිකාවක් බවට පත් කළ හැකිය. මෙම ව්යුහ සිසිලනය සඳහා අවශ්ය වන්නේ සාම්ප්රදායික පටල සිසිලනයේ සිසිලන වායුවෙන් 30% ක් පමණක් වන අතර එමඟින් එන්ජිමේ තාප චක්ර කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කළ හැකිය, දහන කුටීර ද්රව්යයේ සැබෑ තාප දරණ ධාරිතාව අඩු කළ හැකිය, බර අඩු කළ හැකිය, සහ තෙරපුම්-බර අනුපාතය වැඩි කළ හැකිය. වර්තමානයේ, එය ප්රායෝගිකව භාවිතයට ගැනීමට පෙර ප්රධාන තාක්ෂණය බිඳ දැමීම තවමත් අවශ්ය වේ. MA956 වලින් සාදන ලද සිදුරු සහිත ලැමිෙන්ට් යනු එක්සත් ජනපදය විසින් හඳුන්වා දුන් නව පරම්පරාවේ දහන කුටීර ද්රව්යයක් වන අතර එය ℃ 1300 ට භාවිතා කළ හැකිය.
ආ. දහන කුටිය තුළ සෙරමික් සංයුක්ත යෙදීම
1971 සිට එක්සත් ජනපදය ගෑස් ටර්බයින සඳහා පිඟන් මැටි භාවිතා කිරීමේ ශක්යතාව සත්යාපනය කිරීමට පටන් ගෙන තිබේ. 1983 දී, එක්සත් ජනපදයේ දියුණු ද්රව්ය සංවර්ධනය කිරීමේ නියැලී සිටින සමහර කණ්ඩායම් දියුණු ගුවන් යානාවල භාවිතා කරන ගෑස් ටර්බයින සඳහා කාර්ය සාධන දර්ශක මාලාවක් සකස් කර ඇත. මෙම දර්ශක නම්: ටර්බයින ආදාන උෂ්ණත්වය 2200 ℃ දක්වා වැඩි කිරීම; රසායනික ගණනය කිරීමේ දහන තත්ත්වය යටතේ ක්රියා කිරීම; මෙම කොටස් සඳහා යොදන ඝනත්වය 8g/cm3 සිට 5g/cm3 දක්වා අඩු කිරීම; සංරචක සිසිලනය අවලංගු කිරීම. මෙම අවශ්යතා සපුරාලීම සඳහා, අධ්යයනය කරන ලද ද්රව්ය අතර තනි-අදියර පිඟන් මැටි වලට අමතරව ග්රැෆයිට්, ලෝහ අනුකෘතිය, සෙරමික් අනුකෘති සංයුක්ත සහ අන්තර් ලෝහ සංයෝග ඇතුළත් වේ. සෙරමික් අනුකෘති සංයුක්ත (CMC) පහත සඳහන් වාසි ඇත:
සෙරමික් ද්රව්යවල ප්රසාරණ සංගුණකය නිකල් පාදක මිශ්ර ලෝහයට වඩා බෙහෙවින් කුඩා වන අතර ආලේපනය පහසුවෙන් ඉවත් කළ හැකිය. අතරමැදි ලෝහ ෆීල්ට් සහිත සෙරමික් සංයුක්ත සෑදීමෙන් දහන කුටීර ද්රව්යවල සංවර්ධන දිශාව වන ෆ්ලේකිං දෝෂය මඟහරවා ගත හැකිය. මෙම ද්රව්යය 10% - 20% සිසිලන වාතය සමඟ භාවිතා කළ හැකි අතර, ලෝහ පසුපස පරිවාරකයේ උෂ්ණත්වය 800 ℃ පමණ වන අතර, තාපය දරාගැනීමේ උෂ්ණත්වය අපසාරී සිසිලනය සහ පටල සිසිලනයට වඩා බෙහෙවින් අඩුය. වාත්තු සුපිරි මිශ්ර ලෝහ B1900+සෙරමික් ආලේපන ආරක්ෂිත ටයිල් V2500 එන්ජිමෙහි භාවිතා වන අතර, සංවර්ධන දිශාව වන්නේ B1900 (සෙරමික් ආලේපනය සහිත) ටයිල් SiC-පාදක සංයුක්ත හෝ ප්රති-ඔක්සිකරණ C/C සංයුක්ත සමඟ ප්රතිස්ථාපනය කිරීමයි. සෙරමික් අනුකෘති සංයුක්තය යනු 15-20 තෙරපුම් බර අනුපාතයක් සහිත එන්ජින් දහන කුටියේ සංවර්ධන ද්රව්යය වන අතර එහි සේවා උෂ්ණත්වය 1538 ℃ - 1650 ℃ වේ. එය ගිනි නළය, පාවෙන බිත්තිය සහ පසු දාහකය සඳහා භාවිතා කරයි.
2. ටර්බයිනය සඳහා ඉහළ උෂ්ණත්ව මිශ්ර ලෝහය
ගුවන් එන්ජින් ටර්බයින් තලය යනු ගුවන් එන්ජිමක ඇති දරුණුතම උෂ්ණත්ව බර සහ නරකම වැඩ පරිසරය දරා සිටින සංරචක වලින් එකකි. එය ඉහළ උෂ්ණත්වය යටතේ ඉතා විශාල හා සංකීර්ණ ආතතියක් දරා සිටිය යුතුය, එබැවින් එහි ද්රව්ය අවශ්යතා ඉතා දැඩි වේ. ගුවන් එන්ජින් ටර්බයින් තල සඳහා සුපිරි මිශ්ර ලෝහ පහත පරිදි බෙදා ඇත:
a. මාර්ගෝපදේශය සඳහා ඉහළ උෂ්ණත්ව මිශ්ර ලෝහයක්
ටර්බයින් එන්ජිමේ තාපයෙන් වැඩිපුරම බලපෑමට ලක්වන කොටස් වලින් එකක් වන්නේ ඩිෆ්ලෙක්ටරයයි. දහන කුටියේ අසමාන දහනය සිදු වූ විට, පළමු අදියර මාර්ගෝපදේශක වේනයේ තාපන බර විශාල වන අතර එය මාර්ගෝපදේශක වේනයේ හානිවලට ප්රධාන හේතුවයි. එහි සේවා උෂ්ණත්වය ටර්බයින තලයට වඩා 100 ℃ පමණ වැඩි වේ. වෙනස වන්නේ ස්ථිතික කොටස් යාන්ත්රික බරට යටත් නොවීමයි. සාමාන්යයෙන්, වේගවත් උෂ්ණත්ව වෙනස්වීම් නිසා ඇතිවන තාප ආතතිය, විකෘති කිරීම, තාප තෙහෙට්ටුව ඉරිතැලීම සහ දේශීය පිළිස්සීම් ඇති කිරීම පහසුය. මාර්ගෝපදේශක වේන් මිශ්ර ලෝහයට පහත ගුණාංග තිබිය යුතුය: ප්රමාණවත් ඉහළ උෂ්ණත්ව ශක්තිය, ස්ථිර ක්රීප් ක්රියාකාරිත්වය සහ හොඳ තාප තෙහෙට්ටුව ක්රියාකාරිත්වය, ඉහළ ඔක්සිකරණ ප්රතිරෝධය සහ තාප විඛාදන ක්රියාකාරිත්වය, තාප ආතතිය සහ කම්පන ප්රතිරෝධය, නැමීමේ විරූපණ හැකියාව, හොඳ වාත්තු ක්රියාවලි අච්චු කාර්ය සාධනය සහ වෑල්ඩින් කිරීමේ හැකියාව සහ ආලේපන ආරක්ෂණ ක්රියාකාරිත්වය.
වර්තමානයේ, ඉහළ තෙරපුම්/බර අනුපාතයක් සහිත බොහෝ දියුණු එන්ජින් කුහර වාත්තු තල භාවිතා කරන අතර, දිශානුගත සහ තනි ස්ඵටික නිකල් මත පදනම් වූ සුපිරි මිශ්ර ලෝහ තෝරා ගනු ලැබේ. ඉහළ තෙරපුම්-බර අනුපාතයක් සහිත එන්ජිම 1650 ℃ - 1930 ℃ ක ඉහළ උෂ්ණත්වයක් ඇති අතර තාප පරිවාරක ආලේපනයකින් ආරක්ෂා කළ යුතුය. සිසිලනය සහ ආලේපන ආරක්ෂණ තත්වයන් යටතේ තල මිශ්ර ලෝහයේ සේවා උෂ්ණත්වය 1100 ℃ ට වඩා වැඩි වන අතර, එය අනාගතයේදී මාර්ගෝපදේශ තල ද්රව්යයේ උෂ්ණත්ව ඝනත්ව පිරිවැය සඳහා නව සහ ඉහළ අවශ්යතා ඉදිරිපත් කරයි.
b. ටර්බයින් තල සඳහා සුපිරි මිශ්ර ලෝහ
ටර්බයින් තල යනු ගුවන් එන්ජින්වල ප්රධාන තාප-දරණ භ්රමණ කොටස් වේ. ඒවායේ මෙහෙයුම් උෂ්ණත්වය මාර්ගෝපදේශක තලවලට වඩා 50 ℃ - 100 ℃ අඩුය. ඒවා භ්රමණය වන විට විශාල කේන්ද්රාපසාරී ආතතිය, කම්පන ආතතිය, තාප ආතතිය, වායු ප්රවාහ පීරීම සහ අනෙකුත් බලපෑම් දරා සිටින අතර, වැඩ කිරීමේ කොන්දේසි දුර්වලයි. ඉහළ තෙරපුම/බර අනුපාතයක් සහිත එන්ජිමේ උණුසුම් අන්ත සංරචකවල සේවා කාලය පැය 2000 ට වඩා වැඩිය. එබැවින්, ටර්බයින් තල මිශ්ර ලෝහයට සේවා උෂ්ණත්වයේ දී ඉහළ රිංගා ප්රතිරෝධයක් සහ කැඩීමේ ශක්තියක් තිබිය යුතුය, ඉහළ සහ අඩු චක්ර තෙහෙට්ටුව, සීතල සහ උණුසුම් තෙහෙට්ටුව, ප්රමාණවත් ප්ලාස්ටික් බව සහ බලපෑම් තද බව සහ නොච් සංවේදීතාව වැනි හොඳ ඉහළ සහ මධ්යම උෂ්ණත්ව පුළුල් ගුණාංග තිබිය යුතුය; ඉහළ ඔක්සිකරණ ප්රතිරෝධය සහ විඛාදන ප්රතිරෝධය; හොඳ තාප සන්නායකතාවය සහ රේඛීය ප්රසාරණයේ අඩු සංගුණකය; හොඳ වාත්තු ක්රියාවලි කාර්ය සාධනය; දිගුකාලීන ව්යුහාත්මක ස්ථායිතාව, සේවා උෂ්ණත්වයේ දී TCP අදියර වර්ෂාපතනයක් නොමැත. යොදන ලද මිශ්ර ලෝහය අදියර හතරක් හරහා ගමන් කරයි; විකෘති මිශ්ර ලෝහ යෙදුම් අතර GH4033, GH4143, GH4118, ආදිය ඇතුළත් වේ; වාත්තු මිශ්ර ලෝහයේ යෙදීම් අතර K403, K417, K418, K405, දිශානුගතව ඝන වූ රන් DZ4, DZ22, තනි ස්ඵටික මිශ්ර ලෝහ DD3, DD8, PW1484 යනාදිය ඇතුළත් වේ. වර්තමානයේ එය තුන්වන පරම්පරාවේ තනි ස්ඵටික මිශ්ර ලෝහ දක්වා වර්ධනය වී ඇත. චීනයේ තනි ස්ඵටික මිශ්ර ලෝහ DD3 සහ DD8 පිළිවෙලින් චීනයේ ටර්බයින, ටර්බෝෆෑන් එන්ජින්, හෙලිකොප්ටර් සහ නැව් මගින් ගෙන යන එන්ජින්වල භාවිතා වේ.
3. ටර්බයින් තැටිය සඳහා ඉහළ උෂ්ණත්ව මිශ්ර ලෝහය
ටර්බයින් තැටිය යනු ටර්බයින් එන්ජිමේ වඩාත්ම ආතතියට පත් භ්රමණය වන දරණ කොටසයි. තෙරපුම් බර අනුපාතය 8 සහ 10 සහිත එන්ජිමේ රෝද ෆ්ලැන්ජ් හි ක්රියාකාරී උෂ්ණත්වය 650 ℃ සහ 750 ℃ දක්වා ළඟා වන අතර රෝද මධ්යයේ උෂ්ණත්වය 300 ℃ පමණ වන අතර විශාල උෂ්ණත්ව වෙනසක් ඇත. සාමාන්ය භ්රමණය අතරතුර, එය තලය අධික වේගයෙන් භ්රමණය වීමට හේතු වන අතර උපරිම කේන්ද්රාපසාරී බලය, තාප ආතතිය සහ කම්පන ආතතිය දරයි. සෑම ආරම්භයක් සහ නැවතුමක්ම චක්රයක්, රෝද මධ්යස්ථානයකි. උගුර, කට්ට පතුල සහ දාරය සියල්ලම විවිධ සංයුක්ත ආතතීන් දරයි. මිශ්ර ලෝහයට ඉහළම අස්වැන්න ශක්තිය, බලපෑම් තද බව සහ සේවා උෂ්ණත්වයේ දී නොච් සංවේදීතාව නොමැති වීම අවශ්ය වේ; අඩු රේඛීය ප්රසාරණ සංගුණකය; නිශ්චිත ඔක්සිකරණ සහ විඛාදන ප්රතිරෝධය; හොඳ කැපුම් කාර්ය සාධනය.
4. අභ්යවකාශ සුපිරි මිශ්ර ලෝහය
ද්රව රොකට් එන්ජිමේ ඇති සුපිරි මිශ්ර ලෝහය තෙරපුම් කුටියේ දහන කුටියේ ඉන්ධන ඉන්ජෙක්ටර් පැනලය ලෙස භාවිතා කරයි; ටර්බයින් පොම්ප වැලමිට, ෆ්ලැන්ජ්, ග්රැෆයිට් රඩ්ඩර් ගාංචුව යනාදිය. ද්රව රොකට් එන්ජිමේ ඇති ඉහළ උෂ්ණත්ව මිශ්ර ලෝහය තෙරපුම් කුටියේ ඉන්ධන කුටීර ඉන්ජෙක්ටර් පැනලය ලෙස භාවිතා කරයි; ටර්බයින් පොම්ප වැලමිට, ෆ්ලැන්ජ්, ග්රැෆයිට් රඩ්ඩර් ගාංචුව යනාදිය. GH4169 ටර්බයින් රෝටර්, පතුවළ, පතුවළ අත්, ගාංචුව සහ අනෙකුත් වැදගත් බෙයාරිං කොටස්වල ද්රව්ය ලෙස භාවිතා කරයි.
ඇමරිකානු ද්රව රොකට් එන්ජිමේ ටර්බයින් රොටර් ද්රව්යවලට ප්රධාන වශයෙන් ඉන්ටේක් පයිප්ප, ටර්බයින් තලය සහ තැටිය ඇතුළත් වේ. GH1131 මිශ්ර ලෝහය බොහෝ දුරට චීනයේ භාවිතා වන අතර, ටර්බයින් තලය වැඩ කරන උෂ්ණත්වය මත රඳා පවතී. Inconel x, Alloy713c, Astroloy සහ Mar-M246 අනුපිළිවෙලින් භාවිතා කළ යුතුය; රෝද තැටි ද්රව්ය අතර Inconel 718, Waspaloy යනාදිය ඇතුළත් වේ. GH4169 සහ GH4141 අනුකලිත ටර්බයින බොහෝ දුරට භාවිතා වන අතර, එන්ජින් පතුවළ සඳහා GH2038A භාවිතා වේ.