Тугоплавкие металлы и сплавы для авиакосмической промышленности

Огнеупорные металлы и сплавы для авиакосмической промышленности

тугоплавкие металлы относятся к металлам с температурой плавления выше 2000 ° C. В их состав входит вольфрам . , молибден , тантал , ниобий, рений и ванадий. Общие характеристики тугоплавких металлов и их сплавов - это высокая температура плавления, высокая прочность при высокой температуре и хорошая коррозионная стойкость к жидким металлам. Температурный диапазон их использования составляет 1100 ~ 320 ℃, что намного выше, чем у суперсплавов. поэтому они являются важными высокотемпературными конструкционными материалами для авиакосмической промышленности. Итак, в этой статье давайте подробнее рассмотрим тугоплавкие металлы и сплавы для авиакосмической промышленности . .

тугоплавкие металлы и сплавы для авиакосмической промышленности

тугоплавкие металлы и сплавы для аэрокосмической промышленности - 1. тантал и Тантал Сплавы

Танталовый сплав обладает такими характеристиками, как высокая жаропрочность, хорошая термостойкость, высокая прочность на ползучесть, малый коэффициент расширения и хорошая термостойкость. Однако этот сплав не устойчив к окислению выше 500 ℃, и его необходимо защитить стойким к окислению покрытием на его поверхности.

Чтобы соответствовать требованиям к высокотемпературной прочности и высокотемпературной ползучести, Соединенные Штаты разработали Ta-10W, Ta-12W, T-111, T-222. , и сплавы ASTAR811C. В дополнение к вышеупомянутым сплавам в бывшем Советском Союзе также были разработаны сплавы Ta-3Nb-7.5V, Ta-15W, Ta-20W и Ta-10Hf-5W. Сплав Ta-10W использовался в камере сгорания космического корабля Ajina и носовом обтекателе ракеты, газовом спойлере сопла ракетного двигателя и камере сгорания Apollo.

Тугоплавкие металлы и сплавы для авиакосмической промышленности - 2. Ниобий и ниобиевые сплавы

Ниобиевый сплав - это материал с самой низкой плотностью среди тугоплавких металлов и сплавов. Он обладает высокой прочностью при температуре 1100–1650 ℃ и хорошими сварочными характеристиками. Он обладает хорошей пластичностью при комнатной температуре, из него могут быть изготовлены тонкие пластины и детали сложной формы. Следовательно, его можно использовать в качестве предпочтительного теплоизоляционного материала и конструкционного материала в сверхзвуковых самолетах, космических аппаратах, спутниках, ракетах и ​​сверхзвуковых маловысотных ракетах.

Для аэрокосмических приложений США и бывший Советский Союз разработали свои собственные системы сплавов ниобия. В сплавах ниобия США в качестве основных упрочняющих элементов используются W, Mo и Hf, а в России в качестве основных дополнительных элементов используются W, Mo и Zr.

Тугоплавкие металлы и сплавы для авиакосмической промышленности - 3. Молибден и молибденовые сплавы

Хотя температура плавления молибдена ниже, чем у вольфрама и тантала, он имеет низкую плотность, высокий модуль упругости, низкий коэффициент расширения и превосходные свойства ползучести при высоких температурах. . Сплав можно сваривать, а прочность и пластичность сварного шва соответствуют требованиям. И производительность процесса лучше, чем у вольфрама. Его недостатками являются серьезное низкотемпературное охрупчивание и высокотемпературное окисление.

В России разработано много видов молибденовых сплавов. Помимо основных добавок элементов Ti, Zr, C и Re, для модификации материалов также добавляется небольшое количество Ni, B, Nb и т. Д. Марки сплавов классифицируются по содержанию легирующих элементов. Всего существует 14 видов сплавов. По сравнению с Россией, в США разработано меньше молибденовых сплавов, в том числе 6 сплавов, таких как TZM, Mo-30W, TZC, HCM и серии Mo-41 ~ 50Re.

Тугоплавкие металлы и сплавы для авиакосмической промышленности - 4. Вольфрам и вольфрамовые сплавы

Вольфрам - самый жаропрочный металл. Вольфрам имеет высокую плотность (19,3 г / см3). Его прочность - самая высокая среди тугоплавких металлов. Он имеет высокий модуль упругости, малый коэффициент расширения и низкое давление пара. К недостаткам можно отнести низкотемпературную хрупкость и высокотемпературное окисление. Легирующие элементы могут значительно улучшить износостойкость и коррозионную стойкость вольфрамовых сплавов. В аэрокосмической промышленности вольфрам и его сплавы могут использоваться для изготовления ракетных сопел без охлаждения, ионных колец ионных ракетных двигателей, реактивных лопастей и установочных колец, отражателей горячего газа и газовых рулей.

Использование вольфрама вместо молибдена в качестве входной втулки и облицовки горловины твердотопливного ракетного двигателя может повысить температуру материала с 1760 ℃ до более чем 3320 ℃. Например, сопло американской ракеты Polaris A-3 выполнено из высокотемпературных вольфрамовых трубок с проникновением серебра от 10% до 15%; сопла ракет на космическом корабле «Аполлон» также изготовлены из вольфрама. Объединенная авиастроительная корпорация США разработала вольфрам-медь композитный материал, используемый в качестве перегородки сопла ракетного двигателя, который может выдерживать температуру сгорания, превышающую температуру плавления вольфрама на 3400 ℃.

Тугоплавкие металлы и сплавы для авиакосмической промышленности - 5. Рений и рениевые сплавы

Рений имеет температуру плавления 3180 ° C и не имеет критической температуры хрупкого перехода. Он обладает хорошим сопротивлением ползучести при высоких температурах, экстремальных холодах и экстремальных высоких температурах и подходит для работы в условиях сверхвысоких температур и сильных термических ударов. Рений химически инертен по отношению к большинству топливных газов, кроме кислорода. Прочность рения на растяжение при комнатной температуре составляет 1172 МПа, и он все еще имеет прочность 48 МПа при 2200 ℃. При температуре 2200 ℃ сопла двигателя из рения могут выдерживать 100 000 циклов термической усталости.

Рений и его сплавы в основном используются в аэрокосмических компонентах, различных термочувствительных компонентах твердотопливных двигателей и антиоксидантных покрытиях. рениевая фольга подготовленный в Китае был успешно использован для восстановления спутников. Сплав Re-Mo по-прежнему имеет высокую механическую прочность до 2000 ℃ и может использоваться в качестве высокотемпературных деталей сверхзвуковых самолетов и ракет. Металлический рений устойчив к коррозии горячим водородом и имеет низкую водородопроницаемость. Его можно использовать для изготовления деталей теплообменников для солнечных ракет. Через эту часть теплообменника тепловая энергия солнечного излучения передается газообразному водороду, а затем газообразный водород всасывается в рениевую трубку . , создающий тягу. Максимальная рабочая температура рениевой трубки может достигать 2500 ℃.

Заключение

Спасибо за то, что прочитали нашу статью, и мы надеемся, что она поможет вам лучше понять тугоплавкие металлы и сплавы для авиакосмической промышленности . . Если вы хотите узнать больше о тугоплавких металлах и сплавах, мы хотели бы посоветовать вам посетить Advanced Refractory Metals . ( ARM ) для получения дополнительной информации.

Advanced Refractory Metals (ARM) со штаб-квартирой в Лейк-Форест, Калифорния, США. является ведущим производителем и поставщиком тугоплавких металлов и сплавов по всему миру. Он предоставляет клиентам высококачественные тугоплавкие металлы и сплавы, такие как молибден, тантал, рений , вольфрам, титан, и цирконий по очень конкурентоспособной цене.