Süper alaşımlar yaygın olarak ne için kullanılır?
Yüksek sıcaklık alaşımları nelerdir?
Süper alaşımlar, yüksek sıcaklıklarda bile mükemmel mekanik özellikleri korurken, geleneksel alaşımlara göre sürünme, oksidasyon ve korozyona karşı daha iyi dirence sahip bir metal grubudur. Bir bakıma yüksek performanslı alaşımlar gibi davranırlar.
Havacılık endüstrisindeki gaz türbini motor bileşenlerinde yaygın olarak kullanılan süper alaşımlar nikel, kobalt veya demir bazlıdır ve geleneksel çelik veya alüminyum alaşımlarından çok daha üstün özellikler sunar.
Geleneksel demir bazlı alaşımların çoğu 400 santigrat derecede önemli malzeme mukavemetini kaybetmeye başlarken (alüminyum alaşımları daha da düşük), birçok süper alaşımın gücü aslında 750 ila 900 santigrat derece arasında bir artış sergiliyor.
Neden önemlidirler?
Süper alaşımlar pound başına bazda çelikten, alüminyumdan veya paslanmaz çelikten daha pahalıdır; ayrıca işlenmesi ve istenilen şekle dönüştürülmesi daha karmaşıktır. Peki neden belirli uygulamalarda bu kadar yaygın olarak kullanılıyorlar?
Sürünme direnci
Sürünme, bir bileşenin nihai çekme dayanımının çok altındaki gerilim seviyelerinde deforme olduğu bir malzeme arıza modudur.
İlk keşfedildiğinde nihai çekme mukavemeti, gerilim/gerilme ve yorulma hakkında çok şey biliniyordu, ancak bu yeni fenomen geleneksel metalurjiye meydan okuyor gibi görünüyordu.
Kapsamlı test ve analizlerden sonra, parça üzerindeki uzun vadeli (nispeten hafif de olsa) stresin, parçanın UTS'sinin yarısının altında plastik olarak deforme olduğu "soğuk akış" olarak bilinen duruma neden olabileceği keşfedildi. Sürünme hakkında daha fazla bilgi için makalemize göz atın.
Ayrıca herhangi bir kaynaktan gelen ısının sürünmeyi hızlandırdığı da bulunmuştur. Bu, jet motorlarındaki bileşenler için potansiyel olarak yıkıcı bir sorundur.
Süper alaşımlar, türbin kanatları gibi parçaların, güçlerini ve en önemlisi şekillerini korurken aşırı merkezcil kuvvetler ve ısı altında çalışmasını sağlar.
Süper alaşımların kullanımından önce sürünmeye karşı dayanıklı olmayan malzemeler üzerinde yapılan uzun süreli testler, türbin kanatları döndükçe uzayarak motor gövdesine müdahaleye neden olan ilginç sonuçlar ortaya çıkardı.
Yüksek sıcaklık dayanımı
Havacılık motorları ve gaz türbinleri gibi uygulamalarda yüksek sıcaklık dayanımı şarttır.
Süper alaşımlar yalnızca yüksek sıcaklıklarda iyi performans göstermekle kalmaz, bazı durumlarda malzemenin UTS'si de artar, bu da daha yüksek çalışma gerilimine veya daha az kütleye olanak tanır. Bu noktaların her ikisi de havacılık endüstrisi için faydalıdır.
Süper alaşımlar, geleneksel alaşımlara göre daha iyi ısı direncine sahip olduğundan jet türbin motor tasarımında birçok iyileştirme yapılmıştır.
Jet türbinleri, giriş havasını ve yakıtı sıkıştırdıkları için bu kadar yüksek bir itme kuvveti üretebilirler; Sıkıştırma ne kadar yüksek olursa motor o kadar fazla güç üretir. Basınç ve yanma hızı arttıkça üretilen ısı miktarı da artar.
Neyse ki, süper alaşımların ısı ve sürünme direnci daha yüksek yanma basınçlarına izin vererek önemli ölçüde daha yüksek verimlilik sağlar. Kaç tane? Yalnızca ABD'de, 2019'da 760 milyardan fazla yolcunun uçuş mili kat ettiği göz önüne alındığında, küçük verimlilikler önemli yakıt tasarrufu anlamına gelebilir.
