항공 분야의 슈퍼 알루미늄 부품

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제트 동력 항공기의 첫 번째 성공적인 비행(제2차 세계 대전 당시 독일군과 영국군)은 상대적으로 성능이 낮은 제한된 재료 엔진으로 만들어졌습니다. 그들이 발전함에 따라 제트 엔진은 계속 재료 지향적이었습니다. 그럼에도 불구하고 1942년 이후 재료의 발전을 살펴보면 온도와 작업 응력의 지속적인 증가를 허용한 일련의 놀라운 발전을 보여줍니다. 개발은 공정과 합금, 그리고 종종 이 둘의 조합을 지향했습니다. 그 결과, 1942 Whittle 엔진의 800lb 순 추력은 불과 40년 만에 65,000lb-factor 80으로 증가했습니다.

처음에는 코발트 기반 합금이 블레이드 생산의 선두 주자로 떠올랐고 철 기반 합금은 디스크와 같은 저온 요구 사항에 사용되었습니다. 다소 개선된 기존 관행에서 S-816과 같은 단조 합금은 코발트 기반 합금의 거친 정밀 주조 부품으로 바뀌었습니다. 그런 다음 업계에서는 입자 크기와 구조를 제어하는 ​​방법을 배웠고 설계자는 원하는 것보다 낮은 연성을 유지하는 방법을 배웠고 작동 온도는 815°C(1500°F)까지 올라갔습니다. 초합금 부품의 정밀 주조는 그때나 지금이나 초합금 세계에서 계속 주도적인 역할을 하고 있습니다.

가치 있고 유연하며 현재 지배적인 -y/,y’ 강화 합금인 Ni 기반 시스템의 병렬 개발이 있었습니다. 여기서 불순물 수준을 제어하여 강력한 “고합금” 조성을 생산할 수 있도록 하는 진공 야금 공정의 개발이 필요했습니다. 그런 다음 더 높은 합금 함량으로 인해 더 큰

강도 및 온도 잠재력은 재용해 기술의 개발을 통해 달성되었으며 그 중 가장 두드러진 기술은 진공 아크 재용해입니다. 이 개발에는 합금 조성 및 구조의 역할을 입증 및 평가하고, 이전에는 달성할 수 없다고 생각했던 순도 수준을 활용하고, 특정 문제를 해결하기 위해 구조 및 화학을 추가로 수정하는 고급 기술을 개발하기 위한 연구 및 개발 그룹의 비할 데 없는 노력이 필요했습니다. . 궁극적으로 이것은 방향성 응고 및 단결정 베인의 흥미로운 개발로 이어졌으며, 후자는 최근에야 엔진에 적용되었습니다.

오스테나이트 초합금 부품.

이 기간 동안 야금학자, 설계자 및 제조업체 사이에는 니켈-코발트 합금이 결국에는 고융점 내화 금속 합금 시스템으로 대체되어야 한다는 우려가 항상 있었습니다. 증가된 합금이 더 낮은 용융 합금을 생성하는 경향이 있다는 것을 깨닫는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 여기서 합금은 용융 온도의 점점 더 높은 비율에서 사용되었습니다!

초기에는 몰리브덴과 콜럼븀(니오븀) 합금으로 많은 노력을 기울였습니다. 그들은 당시 의도한 작동 온도와 예상 수명에는 성공하지 못했지만 적절한 코팅을 찾을 수 있다면 약 1100°C(2000°F) 이상의 온도에 대한 약속을 여전히 유지할 수 있습니다. 우수한 수준의 강도가 달성되었고 일부 유망한 코팅이 개발되었지만 예상 수명에 도달하지 못했습니다. 나중에 크롬 기반 합금은 자연스러워 보였지만 취성 문제로 인해 궁극적으로 실패했습니다.

우리는 또한 서멧에 대한 초기 실험과 1950년 이후의 일련의 세라믹 개발 중 첫 번째 실험을 언급해야 합니다. 두 실험 모두 흥미로운 고체 구조를 생성했지만 초합금 경쟁에서 여전히 허용되지 않는 응용 프로그램이었습니다. 오스테나이트 초합금은 여전히 ​​지배적이었습니다.

급속 응고 처리의 도래와 함께 더 복잡한 합금이 개발되고 연구되고 있으며, 이제 불순물 분리 및 원하는 상 구조를 더욱 정밀하게 제어할 수 있는 이점이 있습니다. 더욱이, 분말 야금 분야에서 초미세 입자 크기 및 구조의 생산은 초가소성을 달성하고 사용하기 쉽게 만듭니다. 일반적으로 IN-100 및 Mar-M 509와 같은 주조 합금은 저온 및 중온에서 매우 강하게 만들어지며 거의 그물 모양을 포함하여 복잡한 모양으로 쉽게 형성됩니다. 1960년대에 주조 합금인 IN-100이 약 650-700°C(1200-1300°F)에서 초가소성과 디스크의 후보가 될 수 있다고 누가 예상이나 했겠습니까? 초소성 구조는 초합금 ​​기술에 큰 영향을 미칠 것으로 예상할 수 있습니다.

ODS 초합금 부품.

마지막으로, 우리는 수년에 걸쳐 개발된 합금 공정과 기술의 혼합물을 사용하여 ODS(산화물 분산 강화) 합금의 중요한 응용을 보기 시작했습니다. 기계적 합금화 및 이제 RS(급속 응고, 미세 완전 합금 분말)의 사용은 1100°C(2000°F)를 초과하는 온도에서 ODS 니켈-코발트 합금의 사용을 가능하게 합니다.

1400°C(2550°F) 미만에서 녹는 합금에 1100°C(2000°F) 이상에서 사용합니까? 절대 융점 80% 이상 사용? 예, 그 때가 왔습니다. 금속 매트릭스 복합 재료를 사용하면 훨씬 더 높은 융점 비율을 달성할 수 있습니다.

요컨대, 구조, 특성 및 안정성에 대한 탁월한 과학적 연구와 함께 합금 조성 및 구조와 합금 공정의 매우 효율적인 상호 작용은 초합금에 초기 지지자들이 꿈도 꾸지 못한 엔지니어링 위치를 제공했습니다!

대체 합금 및 재료를 찾고 있지만 아직 등장하지 않았습니다. 이러한 신소재는 초합금 ​​부품을 대체하거나 대체하기 위해 연구되고 있습니다.