Kāpēc kosmosa detaļām ir īpaši stingras prasības termiskai apstrādei?

1. Ekstrēmi darba apstākļi pārbauda materiālu darbības robežas.
Termiskās apstrādes metodēm ir grūti vienlaikus apmierināt daudzās konkurējošās kosmosa detaļu veiktspējas vajadzības.
Augstas temperatūras izturība un šļūdes pretestība: turbīnu lāpstiņām ir jāpaliek izturīgām augstā 1300 grādu temperatūrā. Termiskai apstrādei ir jāveido nokrišņu fāzes stiprināšana, izmantojot cieto šķīdumu un novecošanas apstrādi. Tādējādi augstas temperatūras sakausējumi, kuru pamatā ir niķelis,-var izturēt vairāk nekā trīs reizes ilgāk, pirms tie saplīst šļūdes dēļ. Piemēram, noteikta veida gaisa kuģa dzinēja lāpstiņas augstās temperatūras izturības stiprums -paaugstinājās no 400 MPa līdz 650 MPa pēc virzītas sacietēšanas un termiskās apstrādes.
Lai palielinātu tecēšanas robežu no 150 MPa līdz 350 MPa, vienlaikus saglabājot blīvumu tikai vienā-trešdaļā no tērauda blīvuma, alumīnija sakausējuma fizelāžas konstrukcijas daļām ir jāveic T6 termiskā apstrāde (cietais šķīdums plus mākslīgā novecošana).. 7075 alumīnija sakausējuma īpatnējā izturība pēc termiskās apstrādes ir 200 MPa/(g/cm³). Tāpēc tas ir visizplatītākais alumīnija sakausējums, ko izmanto aviācijas nozarē.
Šasi ir jāspēj izturēt 10 ⁷ slodzes ciklus, un termiskās apstrādes procesam ir jāizveido zemāka bainīta un martensīta divfāžu struktūra, izmantojot bainīta izotermisko rūdīšanu. Tas palielina 40CrNi2MoA tērauda noguruma robežu no 450 MPa līdz 650 MPa. Pēc uzkarsēšanas noteikta veida lidmašīnas šasijas lūzumu izplatīšanās ātrums samazinājās par 60%, kad tos novietoja simulētos ekspluatācijas apstākļos.
2. Procesa kontrole ir īpaši grūtāka ar sarežģītām struktūrām.
Aviācijas un kosmosa komponentu sarežģītie ģeometriskie raksturlielumi rada būtisku šķērsli termiskās apstrādes konsekvencei:
Plānas -sienu konstrukciju deformācijas kontrole: plānas -sienu daļas (ar sieniņu biezumu no 0,5 līdz 2 mm) dzinēja sadegšanas kamerās dzēšanas laikā mēdz deformēties, jo tās atdziest ar dažādu ātrumu. Vakuuma augstspiediena gāzes dzesēšanas tehnoloģija rūpīgi pārvalda slāpekļa spiedienu (2–6 bar), lai neļautu plānām -sienu daļām pārāk daudz saliekties — no 0,3% līdz 0,05%, kas ir nepieciešams precīzai montāžai.
Noteikta tipa aviācijas dzinēja turbīnas diska diametrs ir 800 mm un biezums 200 mm. Tas nozīmē, ka apkure ir vienmērīga visās zonās. Sildot ar tipisku gaisa krāsni, temperatūras starpība starp serdi un virsmu var būt pat 150 grādi pēc Celsija. Temperatūras vienmērīgums tiek uzturēts ± 5 grādu robežās pēc pārslēgšanās uz vairāku zonu inteliģento temperatūras kontroles vakuuma krāsni. Tas ir paredzēts, lai apturētu agrīnu neveiksmi, ko izraisa nevienmērīga organizācija.
Grūti apstrādājami plūsmas kanāli iekšējā dobumā: Visa lāpstiņas diska iekšējā dobuma dzesēšanas plūsmas kanāls ir tikai 2–3 mm plats, tāpēc ar normālu termisko apstrādi ir grūti iegūt vienotu organizāciju. Izmantojot indukcijas sildīšanas un izsmidzināšanas dzēšanas paņēmienus, cietības atšķirība starp plūsmas kanāla virsmu un serdi tika samazināta no 15HRC līdz 5HRC. Tas padarīja plūsmas kanālu daudz izturīgāku pret termisko nogurumu.
3. Kvalitātes izsekojamības prasības ir jāievēro visā dzīves ciklā.
Aviācijas un kosmosa rūpniecība ir izveidojusi pilnu slēgtu{0}}ciklu sistēmu termiskās apstrādes kvalitātes pārbaudei.
Procesu datu bāzes atbalsts: Viens aviācijas ražošanas uzņēmums ir izveidojis termiskās apstrādes procesu datubāzi, kas ietver vairāk nekā 2000 materiālu veidu. Katram procesam ir jāizsauc pareizie parametri. TC4 titāna sakausējuma beta fāzes pārejas temperatūra ir 980 ± 5 grādi. Datu bāze precīzi uztur cietā šķīduma temperatūru no 975 līdz 985 grādiem, lai novērstu pārdegšanu vai mikrostruktūras rupjību.
Pilna procesa ierakstu izsekojamība: vairāk nekā 30 lietas ir jāreģistrē un jāuzglabā vismaz 15 gadus termiskās apstrādes procesa laikā. Tie ietver apkures līkni, dzesēšanas ātrumu un vakuuma pakāpi. Pēc piecu gadu lietošanas sāka plīst noteikta veida raķešu dzinēja sprausla. Aplūkojot termiskās apstrādes ierakstus, tika konstatēts, ka rūdīšanas vides koncentrācijas novirze bija 0,5%. Beidzot tika konstatēts, ka tas ir galvenais plaisas cēlonis.
Nesagraujošā pārbaude ir obligāta: visas svarīgās daļas 100% laika ir jāpārbauda ar ultraskaņas viļņiem ar līdz 0,2 mm jutību attiecībā uz plakaniem-dibena caurumiem. Pēc karsēšanas fāzēta masīva ultraskaņas tests atklāja 0,1 mm lielu mikroplaisu pie konkrēta aviācijas gultņa graudu robežas. Pārstrādājumi tika veikti laicīgi, lai novērstu nopietnas avārijas.
4. Nozarei -specifiskas vajadzības motivē nepārtraukti uzlabot tehnoloģiju.
Aviācijas un kosmosa industrija cenšas virzīties uz priekšu termiskās apstrādes tehnoloģijās "trīs augsto un vienu zemu" virzienā:
Augsta vakuuma vide: Titāna sakausējums viegli reaģē ar skābekli temperatūrā virs 600 grādiem. Vakuuma termiskā apstrāde var uzturēt skābekļa līmeni zem 10 ppm, kas padara TC11 titāna sakausējumu par 25% spēcīgāku pret nogurumu. Vakuuma termiskā apstrāde ir palielinājusi noteikta veida satelīta kronšteina ekspluatācijas laiku orbītā no 5 gadiem līdz 8 gadiem.
Ļoti precīza temperatūras kontrole: lai termiski apstrādātu īpaša veida aviācijas dzinēja monokristālu lāpstiņu, temperatūrai ir jāsaglabājas ± 1,5 grādu robežās. Lai samazinātu lāpstiņas sākotnējās alfa fāzes satura standarta novirzi no 3% līdz 0,5%, tiek izmantota infrasarkanā temperatūras pārraudzība un slēgta -cilpas pārvaldības sistēma. Tas padara asmens veiktspēju augstā-temperatūrā daudz stabilāku.
Augstas enerģijas staru apstrāde: Lāzera virsmas stiprināšanas tehnoloģija var radīt sacietējušu slāni, kura dziļums ir līdz 0,5 mm. Tas palielina noteikta veida helikoptera aprīkojuma kontakta noguruma kalpošanas laiku no 10 ⁷ reizēm līdz 10 ⁸ reizēm un padara to par 15% vieglāku.
Aviācijas termiskā apstrāde ir pilnībā atbrīvojusies no dzesētājiem, kas satur cianīdu, un pāriet uz polivinilspirta (PVA) ūdens šķīdumu. Tas ir samazinājis notekūdeņu ĶSP vērtību no 5000 mg/l līdz 200 mg/l, kas atbilst vides noteikumiem.