اعلی درجہ حرارت کے مرکب کو گرمی کی طاقت کا مرکب بھی کہا جاتا ہے۔ میٹرکس ڈھانچے کے مطابق، مواد کو تین قسموں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: آئرن پر مبنی نکل پر مبنی اور کرومیم پر مبنی۔ پروڈکشن موڈ کے مطابق، اسے درست شکل والے سپراللوئے اور کاسٹ سپراللوئے میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔
ایرو اسپیس فیلڈ میں یہ ایک ناگزیر خام مال ہے۔ یہ ایرو اسپیس اور ایوی ایشن مینوفیکچرنگ انجنوں کے اعلی درجہ حرارت والے حصے کے لیے کلیدی مواد ہے۔ یہ بنیادی طور پر دہن چیمبر، ٹربائن بلیڈ، گائیڈ بلیڈ، کمپریسر اور ٹربائن ڈسک، ٹربائن کیس اور دیگر حصوں کی تیاری کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ سروس درجہ حرارت کی حد 600 ℃ - 1200 ℃ ہے۔ تناؤ اور ماحولیاتی حالات استعمال شدہ حصوں کے ساتھ مختلف ہوتے ہیں۔ مصر دات کی مکینیکل، جسمانی اور کیمیائی خصوصیات کے لیے سخت تقاضے ہیں۔ یہ انجن کی کارکردگی، وشوسنییتا اور زندگی کے لیے فیصلہ کن عنصر ہے۔ لہٰذا، superalloy ترقی یافتہ ممالک میں ایرو اسپیس اور قومی دفاع کے شعبوں میں کلیدی تحقیقی منصوبوں میں سے ایک ہے۔
superalloys کی اہم ایپلی کیشنز ہیں:
1. دہن چیمبر کے لئے اعلی درجہ حرارت مصر
ایوی ایشن ٹربائن انجن کا کمبشن چیمبر (جسے شعلہ ٹیوب بھی کہا جاتا ہے) اعلی درجہ حرارت والے اہم اجزاء میں سے ایک ہے۔ چونکہ فیول ایٹمائزیشن، تیل اور گیس کا اختلاط اور دیگر عمل دہن کے چیمبر میں کیے جاتے ہیں، اس لیے دہن کے چیمبر میں زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت 1500 ℃ - 2000 ℃ تک پہنچ سکتا ہے، اور دہن چیمبر میں دیوار کا درجہ حرارت 1100 ℃ تک پہنچ سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، یہ تھرمل تناؤ اور گیس کے دباؤ کو بھی برداشت کرتا ہے۔ زیادہ زور/وزن کے تناسب کے ساتھ زیادہ تر انجن کنڈلی دہن چیمبر استعمال کرتے ہیں، جن کی لمبائی کم ہوتی ہے اور زیادہ حرارت کی گنجائش ہوتی ہے۔ دہن کے چیمبر میں زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت 2000 ℃ تک پہنچ جاتا ہے، اور گیس فلم یا بھاپ کولنگ کے بعد دیوار کا درجہ حرارت 1150 ℃ تک پہنچ جاتا ہے۔ مختلف حصوں کے درمیان درجہ حرارت کے بڑے میلان تھرمل تناؤ پیدا کریں گے، جو کام کرنے کی حالت میں تبدیلی کے وقت تیزی سے بڑھے گا اور گرے گا۔ مواد تھرمل جھٹکا اور تھرمل تھکاوٹ کے بوجھ کے تابع ہوگا، اور اس میں مسخ، دراڑیں اور دیگر خرابیاں ہوں گی۔ عام طور پر، کمبشن چیمبر شیٹ کے مرکب سے بنا ہوتا ہے، اور تکنیکی تقاضوں کا خلاصہ مخصوص حصوں کی خدمت کی شرائط کے مطابق کیا جاتا ہے: اس میں اعلی درجہ حرارت کے مرکب اور گیس کے استعمال کی شرائط کے تحت مخصوص آکسیکرن مزاحمت اور گیس سنکنرن مزاحمت ہوتی ہے۔ اس میں کچھ فوری اور برداشت کی طاقت، تھرمل تھکاوٹ کی کارکردگی اور کم توسیعی گتانک ہے۔ پروسیسنگ، تشکیل اور کنکشن کو یقینی بنانے کے لیے اس میں پلاسٹکٹی اور ویلڈ کی کافی صلاحیت ہے۔ سروس کی زندگی کے اندر قابل اعتماد آپریشن کو یقینی بنانے کے لیے اس میں تھرمل سائیکل کے تحت اچھی تنظیمی استحکام ہے۔
a MA956 کھوٹ غیر محفوظ ٹکڑے ٹکڑے
ابتدائی مرحلے میں، غیر محفوظ ٹکڑے ٹکڑے کو HS-188 الائے شیٹ سے فوٹو گرافی، کھدائی، نالی اور پنچ کرنے کے بعد ڈفیوژن بانڈنگ کے ذریعے بنایا گیا تھا۔ اندرونی تہہ کو ڈیزائن کی ضروریات کے مطابق ایک مثالی کولنگ چینل بنایا جا سکتا ہے۔ اس ڈھانچے کی کولنگ کو روایتی فلم کولنگ کی صرف 30 فیصد کولنگ گیس کی ضرورت ہوتی ہے، جو انجن کے تھرمل سائیکل کی کارکردگی کو بہتر بنا سکتی ہے، دہن کے چیمبر کے مواد کی اصل حرارت برداشت کرنے کی صلاحیت کو کم کر سکتی ہے، وزن کو کم کر سکتی ہے، اور زور کے وزن میں اضافہ کر سکتی ہے۔ تناسب فی الحال، اہم ٹیکنالوجی کو عملی طور پر استعمال کرنے سے پہلے اسے توڑنا ضروری ہے۔ MA956 کا بنا ہوا غیر محفوظ لیمینیٹ امریکہ کی طرف سے متعارف کرایا گیا کمبشن چیمبر میٹریل کی ایک نئی نسل ہے، جسے 1300 ℃ پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔
ب دہن چیمبر میں سیرامک کمپوزٹ کا اطلاق
امریکہ نے 1971 سے گیس ٹربائنز کے لیے سیرامکس کے استعمال کی فزیبلٹی کی تصدیق کرنا شروع کر دی ہے۔ 1983 میں، امریکہ میں جدید مواد کی تیاری میں مصروف کچھ گروپوں نے جدید طیاروں میں استعمال ہونے والی گیس ٹربائنز کے لیے کارکردگی کے اشارے کی ایک سیریز تیار کی ہے۔ یہ اشارے ہیں: ٹربائن کے داخلی درجہ حرارت کو 2200 ℃ تک بڑھانا؛ کیمیائی حساب کتاب کی دہن حالت کے تحت کام کریں؛ ان حصوں پر لاگو کثافت کو 8g/cm3 سے 5g/cm3 تک کم کریں۔ اجزاء کی کولنگ کو منسوخ کریں۔ ان ضروریات کو پورا کرنے کے لیے، مطالعہ کیے گئے مواد میں سنگل فیز سیرامکس کے علاوہ گریفائٹ، میٹل میٹرکس، سیرامک میٹرکس کمپوزٹ اور انٹرمیٹالک مرکبات شامل ہیں۔ سیرامک میٹرکس کمپوزائٹس (CMC) کے درج ذیل فوائد ہیں:
سیرامک مواد کا توسیعی گتانک نکل پر مبنی مرکب کے مقابلے میں بہت چھوٹا ہے، اور کوٹنگ کو چھیلنا آسان ہے۔ انٹرمیڈیٹ میٹل فیلٹ کے ساتھ سیرامک کمپوزٹ بنانے سے فلکنگ کی خرابی پر قابو پایا جاسکتا ہے، جو دہن چیمبر کے مواد کی ترقی کی سمت ہے۔ اس مواد کو 10% - 20% کولنگ ایئر کے ساتھ استعمال کیا جا سکتا ہے، اور میٹل بیک موصلیت کا درجہ حرارت صرف 800 ℃ ہے، اور ہیٹ بیئرنگ کا درجہ حرارت مختلف کولنگ اور فلم کولنگ کے مقابلے میں بہت کم ہے۔ کاسٹ سپرالائے B1900+سیرامک کوٹنگ حفاظتی ٹائل V2500 انجن میں استعمال ہوتی ہے، اور ترقی کی سمت B1900 (سیرامک کوٹنگ کے ساتھ) ٹائل کو SiC پر مبنی کمپوزٹ یا اینٹی آکسیڈیشن C/C کمپوزٹ سے بدلنا ہے۔ سیرامک میٹرکس کمپوزٹ 15-20 کے تھرسٹ ویٹ ریشو کے ساتھ انجن کمبشن چیمبر کا ڈیولپمنٹ میٹریل ہے، اور اس کا سروس ٹمپریچر 1538 ℃ - 1650 ℃ ہے۔ یہ شعلہ ٹیوب، تیرتی دیوار اور آفٹر برنر کے لیے استعمال ہوتا ہے۔
2. ٹربائن کے لیے اعلی درجہ حرارت کا مرکب
ایرو انجن ٹربائن بلیڈ ان اجزاء میں سے ایک ہے جو درجہ حرارت کا شدید ترین بوجھ اور ایرو انجن میں کام کرنے کا بدترین ماحول ہے۔ اسے اعلی درجہ حرارت میں بہت بڑا اور پیچیدہ دباؤ برداشت کرنا پڑتا ہے، اس لیے اس کی مادی ضروریات بہت سخت ہیں۔ ایرو انجن ٹربائن بلیڈ کے لیے سپر الائیز کو تقسیم کیا گیا ہے:
گائیڈ کے لیے اعلی درجہ حرارت کا کھوٹ
ڈیفلیکٹر ٹربائن انجن کے ان حصوں میں سے ایک ہے جو گرمی سے سب سے زیادہ متاثر ہوتے ہیں۔ جب دہن کے چیمبر میں غیر مساوی دہن ہوتا ہے، تو پہلے مرحلے کی گائیڈ وین کا حرارتی بوجھ بڑا ہوتا ہے، جو گائیڈ وین کے نقصان کی بنیادی وجہ ہے۔ اس کی سروس کا درجہ حرارت ٹربائن بلیڈ سے تقریباً 100 ℃ زیادہ ہے۔ فرق یہ ہے کہ جامد حصے مکینیکل بوجھ کے تابع نہیں ہیں۔ عام طور پر، درجہ حرارت میں تیزی سے تبدیلی کی وجہ سے تھرمل تناؤ، مسخ، تھرمل تھکاوٹ کے دراڑ اور مقامی جلنے کا سبب بننا آسان ہے۔ گائیڈ وین الائے میں درج ذیل خصوصیات ہوں گی: کافی زیادہ درجہ حرارت کی طاقت، مستقل کریپ پرفارمنس اور تھرمل تھکاوٹ کی اچھی کارکردگی، ہائی آکسیڈیشن مزاحمت اور تھرمل سنکنرن کی کارکردگی، تھرمل تناؤ اور کمپن مزاحمت، موڑنے کی اخترتی کی صلاحیت، اچھی کاسٹنگ عمل مولڈنگ کی کارکردگی اور ویلڈیبلٹی، اور کوٹنگ کے تحفظ کی کارکردگی۔
اس وقت، زیادہ زور/وزن کے تناسب کے ساتھ زیادہ تر جدید انجن کھوکھلی کاسٹ بلیڈ استعمال کرتے ہیں، اور دشاتمک اور سنگل کرسٹل نکل پر مبنی سپر ایلوائیز کا انتخاب کیا جاتا ہے۔ ہائی تھرسٹ ویٹ ریشو والے انجن کا درجہ حرارت 1650 ℃ - 1930 ℃ ہے اور اسے تھرمل موصلیت کی کوٹنگ سے محفوظ کرنے کی ضرورت ہے۔ کولنگ اور کوٹنگ کے تحفظ کے حالات میں بلیڈ الائے کا سروس ٹمپریچر 1100 ℃ سے زیادہ ہے، جو مستقبل میں گائیڈ بلیڈ میٹریل کے ٹمپریچر کثافت کی لاگت کے لیے نئی اور اعلی ضروریات کو آگے بڑھاتا ہے۔
ب ٹربائن بلیڈ کے لیے سپر اللویز
ٹربائن بلیڈ ایرو انجنوں کے اہم حرارت برداشت کرنے والے گھومنے والے حصے ہیں۔ ان کا آپریٹنگ درجہ حرارت 50 ℃ - 100 ℃ گائیڈ بلیڈ سے کم ہے۔ جب وہ گھومتے ہیں تو وہ زبردست سینٹرفیوگل تناؤ، کمپن دباؤ، تھرمل تناؤ، ہوا کے بہاؤ کو سکورنگ اور دیگر اثرات برداشت کرتے ہیں، اور کام کرنے کے حالات خراب ہوتے ہیں۔ ہائی تھرسٹ/ویٹ ریشو والے انجن کے ہاٹ اینڈ پرزوں کی سروس لائف 2000h سے زیادہ ہے۔ لہذا، ٹربائن بلیڈ الائے میں سروس کے درجہ حرارت پر اعلی کریپ مزاحمت اور پھٹنے کی طاقت، اچھی اعلی اور درمیانی درجہ حرارت کی جامع خصوصیات، جیسے ہائی اور لو سائیکل تھکاوٹ، سردی اور گرم تھکاوٹ، کافی پلاسٹکٹی اور اثر کی سختی، اور نشان کی حساسیت؛ اعلی آکسیکرن مزاحمت اور سنکنرن مزاحمت؛ اچھی تھرمل چالکتا اور لکیری توسیع کا کم گتانک؛ اچھی معدنیات سے متعلق عمل کی کارکردگی؛ طویل مدتی ساختی استحکام، سروس کے درجہ حرارت پر کوئی TCP مرحلے کی بارش نہیں ہے۔ لاگو مرکب چار مراحل سے گزرتا ہے؛ خراب شدہ مرکب ایپلی کیشنز میں GH4033، GH4143، GH4118، وغیرہ شامل ہیں؛ کاسٹنگ الائے کے اطلاق میں K403، K417، K418، K405، سمتی طور پر ٹھوس گولڈ DZ4، DZ22، سنگل کرسٹل الائے DD3، DD8، PW1484، وغیرہ شامل ہیں۔ اس وقت یہ سنگل کرسٹل الائے کی تیسری نسل میں تیار ہو چکا ہے۔ چین کا سنگل کرسٹل الائے DD3 اور DD8 بالترتیب چین کی ٹربائنز، ٹربوفین انجن، ہیلی کاپٹر اور جہاز سے چلنے والے انجنوں میں استعمال ہوتا ہے۔
3. ٹربائن ڈسک کے لئے اعلی درجہ حرارت مصر
ٹربائن ڈسک ٹربائن انجن کا سب سے زیادہ زور دار گھومنے والا بیئرنگ حصہ ہے۔ 8 اور 10 کے زور کے وزن کے تناسب کے ساتھ انجن کے وہیل فلینج کا کام کرنے کا درجہ حرارت 650 ℃ اور 750 ℃ تک پہنچ جاتا ہے، اور وہیل سینٹر کا درجہ حرارت تقریبا 300 ℃ ہے، درجہ حرارت کے بڑے فرق کے ساتھ۔ عام گردش کے دوران، یہ بلیڈ کو تیز رفتاری سے گھومنے کے لیے چلاتا ہے اور زیادہ سے زیادہ سینٹرفیوگل فورس، تھرمل تناؤ اور کمپن کا دباؤ برداشت کرتا ہے۔ ہر سٹارٹ اور سٹاپ ایک سائیکل، وہیل سینٹر ہے۔ گلا، نیچے کی نالی اور کنارے سبھی مختلف مرکب دباؤ کو برداشت کرتے ہیں۔ مصر دات کو سب سے زیادہ پیداوار کی طاقت، اثر سختی اور سروس کے درجہ حرارت پر کوئی نشان حساسیت کی ضرورت ہوتی ہے؛ کم لکیری توسیع گتانک؛ کچھ آکسیکرن اور سنکنرن مزاحمت؛ اچھی کاٹنے کی کارکردگی۔
4. ایرو اسپیس سپر الائے
مائع راکٹ انجن میں سپر الائے تھرسٹ چیمبر میں کمبشن چیمبر کے فیول انجیکٹر پینل کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ ٹربائن پمپ کہنی، فلینج، گریفائٹ رڈر فاسٹنر وغیرہ۔ مائع راکٹ انجن میں ہائی ٹمپریچر الائے تھرسٹ چیمبر میں فیول چیمبر انجیکٹر پینل کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ ٹربائن پمپ کہنی، فلانج، گریفائٹ رڈر فاسٹنر وغیرہ۔ GH4169 ٹربائن روٹر، شافٹ، شافٹ آستین، فاسٹنر اور دیگر اہم بیئرنگ حصوں کے مواد کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔
امریکی مائع راکٹ انجن کے ٹربائن روٹر مواد میں بنیادی طور پر انٹیک پائپ، ٹربائن بلیڈ اور ڈسک شامل ہیں۔ GH1131 کھوٹ زیادہ تر چین میں استعمال ہوتا ہے، اور ٹربائن بلیڈ کام کرنے والے درجہ حرارت پر منحصر ہے۔ Inconel x, Alloy713c, Astroloy اور Mar-M246 کو یکے بعد دیگرے استعمال کیا جانا چاہیے۔ وہیل ڈسک کے مواد میں Inconel 718، Waspaloy، وغیرہ شامل ہیں۔ GH4169 اور GH4141 انٹیگرل ٹربائنز زیادہ تر استعمال ہوتی ہیں، اور GH2038A انجن شافٹ کے لیے استعمال ہوتا ہے۔