Hvorfor stiller luftfartsdele særligt strenge krav til varmebehandling?

1. Ekstreme arbejdsforhold tester grænserne for, hvor godt materialer fungerer.
Varmebehandlingsteknikker har svært ved at imødekomme de mange konkurrerende præstationsbehov for dele til rumfart på samme tid.
Høj temperaturstyrke og krybemodstand: Turbineblade skal forblive stærke ved en høj temperatur på 1300 grader. Varmebehandling skal danne faseudfældningsstyrkelse gennem fast opløsning og ældningsbehandling. Dette kan få nikkel-baserede høje-legeringer til at holde mere end tre gange længere, før de går i stykker på grund af krybning. For eksempel gik udholdenhedsstyrken ved høje-temperaturer af en bestemt type flymotorblade fra 400 MPa til 650 MPa efter rettet størkning og varmebehandling.
For at hæve flydespændingen fra 150 MPa til 350 MPa, mens tætheden kun holdes på en-tredjedel af stål, skal strukturelle dele af aluminiumslegeringens skrog gennemgå T6 termisk behandling (fast opløsning plus kunstig ældning). 7075 aluminiumslegering har en specifik styrke på 200 cm varmebehandling på ³g/cm. Det er derfor, det er den mest almindelige aluminiumslegering, der bruges i luftfartsindustrien.
Landingsstellet skal kunne håndtere 10 ⁷ belastningscyklusser, og varmebehandlingsprocessen skal skabe en lavere bainit+martensit-dobbeltfasestruktur gennem bainit isotermisk quenching. Dette hæver træthedsgrænsen for 40CrNi2MoA stål fra 450MPa til 650MPa. Efter at være blevet opvarmet faldt brududbredelsen af ​​en bestemt type flylandingsstel med 60 %, når den blev sat under simulerede driftsforhold.
2. Proceskontrol er især sværere med komplicerede strukturer.
De indviklede geometriske karakteristika af rumfartskomponenter udgør en væsentlig hindring for konsistensen af ​​varmebehandling:
Kontrol af deformationen af ​​tynde-væggede strukturer: Tynd-væggede dele (med vægtykkelser på 0,5 til 2 mm) i motorens forbrændingskamre har tendens til at deformeres under bratkøling, fordi de afkøles med forskellige hastigheder. Vakuum-høj-gaskøleteknologien styrer omhyggeligt nitrogentrykket (2-6 bar) for at forhindre, at tynde-væggede dele bøjes for meget, fra 0,3 % til 0,05 %, hvilket er, hvad der er nødvendigt for præcis montering.
Turbineskiven på en bestemt type luftfartsmotor har en diameter på 800 mm og en tykkelse på 200 mm. Det betyder, at opvarmningen er jævn i alle områder. Ved opvarmning med en typisk luftovn kan temperaturforskellen mellem kernen og overfladen være så meget som 150 grader Celsius. Temperaturens ensartethed holdes inden for ± 5 grader efter skift til en multi-zone intelligent temperaturstyringsvakuumovn. Dette er for at stoppe tidlige fejl forårsaget af ujævn organisation.
Svært at behandle strømningskanalerne i det indre hulrum: Den indre hulrumskølestrømningskanal på hele vingeskiven er kun 2-3 mm bred, derfor er det svært at få en ensartet organisation med normal varmebehandling. Ved hjælp af induktionsopvarmning og sprøjtekøleteknikker blev forskellen i hårdhed mellem flowkanalens overflade og kerne sænket fra 15HRC til 5HRC. Dette gjorde strømningskanalen langt mere modstandsdygtig over for termisk træthed.
3. Kvalitetssporbarhedskrav skal følges gennem hele livscyklussen.
Luftfartsindustrien har oprettet et komplet lukket-sløjfesystem til kontrol af kvaliteten af ​​varmebehandling:
Procesdatabaseunderstøttelse: En luftfartsvirksomhed har lavet en varmebehandlingsprocesdatabase, der omfatter mere end 2000 varianter af materialer. Hver proces skal kalde de rigtige parametre. Betafaseovergangstemperaturen for TC4 titanlegering er 980 ± 5 grader. Databasen opretholder nøjagtigt den faste opløsningstemperatur mellem 975 og 985 grader for at forhindre overbrænding eller forgrovning af mikrostrukturen.
Sporbarhed for fuld procesregistrering: Mere end 30 ting skal registreres og opbevares i mindst 15 år under varmebehandlingsprocessen. Disse omfatter varmekurven, afkølingshastigheden og vakuumgraden. Efter fem års brug begyndte en bestemt type raketmotordyse at gå i stykker. Ved at se på varmebehandlingsregistreringerne blev det fundet, at bratkølingsmediets koncentrationsafvigelse var 0,5 %. Dette blev endelig fundet at være hovedårsagen til revnen.
Ikke-destruktiv testning er et must: Alle vigtige dele skal testes med ultralydsbølger 100 % af tiden, med en følsomhed på op til 0,2 mm for fladbundede-huller. Efter at være blevet opvarmet, opdagede en ultralydstest med faset array en mikrorevne på 0,1 mm ved korngrænsen af ​​et specifikt luftfartsleje. Efterarbejde blev udført til tiden for at forhindre alvorlige ulykker.
4. Branchespecifikke-behov motiverer den konstante forbedring af teknologien.
Luftfartsindustrien presser på for at fremme varmebehandlingsteknologier i retning af "tre højder og en lav":
Højvakuummiljø: Titaniumlegering reagerer let med ilt ved temperaturer over 600 grader. Vakuum varmebehandling kan holde iltniveauet under 10 ppm, hvilket gør TC11 titanlegering 25% stærkere mod træthed. Vakuumvarmebehandling har øget levetiden for en bestemt type satellitbeslag i kredsløb fra 5 år til 8 år.
Meget præcis temperaturkontrol: For at varmebehandle en speciel type flymotors enkeltkrystalblad skal temperaturen holde sig inden for ± 1,5 grader. En infrarød temperaturovervågning og et lukket-sløjfestyringssystem bruges til at sænke standardafvigelsen af ​​bladets oprindelige alfafaseindhold fra 3 % til 0,5 %. Dette gør bladets ydeevne ved høje-temperaturer meget mere stabil.
Højenergistrålebehandling: Laseroverfladeforstærkende teknologi kan skabe et hærdet lag op til 0,5 mm dybt på delen. Dette øger kontakttræthedens levetid for en bestemt type helikopterudstyr fra 10 ⁷ gange til 10 ⁸ gange og gør det 15 % lettere.
Luftfartsvarmebehandling har helt fjernet bratkølingsmedier, der indeholder cyanid, og skiftet til en vandig opløsning af polyvinylalkohol (PVA). Dette har sænket COD-værdien af ​​spildevand fra 5000mg/L til 200mg/L, hvilket er i overensstemmelse med miljøreglerne.