Za šta se najčešće koriste superlegure?
Šta su legure za visoke temperature?
Superlegure su grupa metala koji imaju bolju otpornost na puzanje, oksidaciju i koroziju od tradicionalnih legura, dok zadržavaju izvrsna mehanička svojstva čak i na visokim temperaturama. U određenom smislu, djeluju kao legure visokih performansi.
Superlegure, koje se obično koriste u komponentama gasnih turbinskih motora u vazduhoplovnoj industriji, zasnovane su na niklu, kobaltu ili gvožđu i nude daleko superiornija svojstva od tradicionalnih legura čelika ili aluminijuma.
Dok većina konvencionalnih legura na bazi gvožđa počinje da gubi značajnu čvrstoću materijala na 400 stepeni Celzijusa (aluminijumske legure čak niže), mnoge superlegura zapravo pokazuju povećanje čvrstoće između 750 i 900 stepeni Celzijusa.
Zašto su važni?
Na bazi po funti, superlegure su skuplje od čelika, aluminija ili nehrđajućeg čelika; takođe su složenije za mašinsku obradu i oblikovanje u željeni oblik. Pa zašto se oni tako široko koriste u određenim aplikacijama?
Otpornost na puzanje
Puzanje je način kvara materijala u kojem se komponenta deformira na razinama naprezanja znatno ispod svoje krajnje vlačne čvrstoće.
Kada je prvi put otkriven, mnogo se znalo o krajnjoj zateznoj čvrstoći, naprezanju/naprezanju i umoru, ali činilo se da ovaj novi fenomen prkosi tradicionalnoj metalurgiji.
Nakon opsežnog testiranja i analize, otkriveno je da dugotrajno (iako relativno blago) naprezanje dijela može uzrokovati ono što je poznato kao "hladno strujanje", gdje se dio plastično deformiše ispod polovine svog UTS-a. Za više informacija o puzanju, pogledajte naš članak.
Nadalje je utvrđeno da toplina iz bilo kojeg izvora ubrzava puzanje. Ovo je potencijalno katastrofalan problem za komponente u mlaznim motorima.
Superlegure omogućavaju dijelovima kao što su lopatice turbine da rade pod ekstremnim centripetalnim silama i toplinom, zadržavajući svoju snagu i, što je najvažnije, svoj oblik.
Dugotrajna ispitivanja materijala koji nisu otporni na puzanje prije upotrebe superlegura dala su zanimljive rezultate, sa lopaticama turbine koje su se produžavale dok su se rotirali, uzrokujući smetnje u kućištu motora.
Otpornost na visoke temperature
U primjenama kao što su zrakoplovni motori i plinske turbine, otpornost na visoke temperature je neophodna.
Ne samo da se superlegure dobro ponašaju na visokim temperaturama, u nekim slučajevima se povećava UTS materijala, što omogućava veća radna naprezanja ili manju masu. Obje ove tačke su korisne za avio industriju.
Budući da superlegure imaju bolju otpornost na toplinu od konvencionalnih legura, napravljena su mnoga poboljšanja u dizajnu mlaznih turbinskih motora.
Mlazne turbine mogu proizvesti tako veliki potisak jer komprimiraju usisni zrak i gorivo; što je kompresija veća, to više snage proizvodi motor. Kako se pritisak i brzina sagorijevanja povećavaju, tako se povećava i količina proizvedene topline.
Srećom, otpornost na toplotu i puzanje superlegura omogućava veće pritiske sagorevanja, što rezultira značajno većom efikasnošću. Koliko? Samo u SAD-u, sa više od 760 milijardi putničkih vazdušnih milja pređenih u 2019. godini, mala efikasnost može biti jednaka značajnim uštedama goriva.
