Dlaczego części lotnicze mają szczególnie rygorystyczne wymagania dotyczące obróbki cieplnej?

1. Ekstremalne warunki pracy sprawdzają granice wytrzymałości materiałów.
Technikom obróbki cieplnej trudno jest jednocześnie sprostać wielu konkurencyjnym wymaganiom dotyczącym wydajności części lotniczych.
Wytrzymałość w wysokiej temperaturze i odporność na pełzanie: Łopatki turbin muszą pozostać mocne w wysokiej temperaturze 1300 stopni. Obróbka cieplna musi tworzyć fazę wzmacniającą wytrącanie poprzez roztwory stałe i obróbkę starzeniową. Może to sprawić, że wysokotemperaturowe stopy-na bazie niklu- wytrzymają ponad trzy razy dłużej, zanim ulegną pęknięciu w wyniku pełzania. Na przykład wytrzymałość-wysokiej temperatury pewnego typu łopatek silnika lotniczego wzrosła z 400 MPa do 650 MPa po ukierunkowanym zestalaniu i obróbce cieplnej.
Aby zwiększyć granicę plastyczności ze 150 MPa do 350 MPa przy zachowaniu gęstości zaledwie- trzeciej gęstości stali, elementy konstrukcyjne kadłuba ze stopu aluminium muszą zostać poddane obróbce cieplnej T6 (roztwór stały i sztuczne starzenie).. 7075 Stop aluminium ma wytrzymałość właściwą 200 MPa/(g/cm 3) po obróbce cieplnej. Dlatego jest to najpopularniejszy stop aluminium stosowany w przemyśle lotniczym.
Podwozie musi wytrzymać 10⁷ cykli obciążenia, a proces obróbki cieplnej musi stworzyć dwufazową strukturę niższego bainitu i martenzytu poprzez hartowanie izotermiczne bainitu. Podnosi to granicę zmęczenia stali 40CrNi2MoA z 450 MPa do 650 MPa. Po podgrzaniu współczynnik propagacji pęknięć pewnego typu podwozia samolotu spadł o 60% w symulowanych warunkach użytkowania.
2. Sterowanie procesem jest szczególnie trudniejsze w przypadku skomplikowanych struktur.
Skomplikowane cechy geometryczne komponentów lotniczych stanowią istotną przeszkodę w zapewnieniu spójności obróbki cieplnej:
Kontrolowanie deformacji konstrukcji cienkościennych-: Cienkie-części (o grubości ścianek od 0,5 do 2 mm) w komorach spalania silnika mają tendencję do odkształcania się podczas hartowania, ponieważ schładzają się z różną szybkością. Technologia próżniowego hartowania-gazem pod wysokim ciśnieniem dokładnie zarządza ciśnieniem azotu (2–6 barów), aby zapobiec nadmiernemu wyginaniu-cienkich ścian od 0,3% do 0,05%, co jest wymagane do precyzyjnego montażu.
Tarcza turbiny określonego typu silnika lotniczego ma średnicę 800 mm i grubość 200 mm. Oznacza to, że ogrzewanie jest równomierne we wszystkich obszarach. Przy nagrzewaniu typowym piecem powietrznym różnica temperatur pomiędzy rdzeniem a powierzchnią może sięgać nawet 150 stopni Celsjusza. Po przełączeniu na wielo-strefowy piec próżniowy z inteligentną kontrolą temperatury, równomierność temperatury utrzymuje się w granicach ± ​​5 stopni. Ma to na celu powstrzymanie wczesnych niepowodzeń spowodowanych nierówną organizacją.
Trudne do obróbki kanały przepływowe we wnęce wewnętrznej: Kanał przepływowy chłodzący wewnętrzną wnękę całej tarczy łopatkowej ma zaledwie 2–3 mm szerokości, dlatego trudno jest uzyskać jednolitą organizację przy normalnej obróbce cieplnej. Stosując techniki nagrzewania indukcyjnego i hartowania natryskowego, różnicę w twardości pomiędzy powierzchnią kanału przepływowego a rdzeniem obniżono z 15HRC do 5HRC. Dzięki temu kanał przepływowy był znacznie bardziej odporny na zmęczenie cieplne.
3. Należy przestrzegać wymogów dotyczących identyfikowalności jakości w całym cyklu życia.
W przemyśle lotniczym opracowano system-zamkniętej pętli sprawdzania jakości obróbki cieplnej:
Obsługa baz danych procesów: Jedna z firm zajmujących się produkcją lotniczą stworzyła bazę danych procesów obróbki cieplnej, która zawiera ponad 2000 rodzajów materiałów. Każdy proces musi wywołać odpowiednie parametry. Temperatura przejścia fazowego beta stopu tytanu TC4 wynosi 980 ± 5 stopni. Baza danych dokładnie utrzymuje temperaturę roztworu stałego w zakresie od 975 do 985 stopni, aby zapobiec przepaleniu lub zgrubieniu mikrostruktury.
Pełna identyfikowalność zapisów procesu: Podczas procesu obróbki cieplnej należy zarejestrować ponad 30 rzeczy i przechowywać je przez co najmniej 15 lat. Należą do nich krzywa ogrzewania, szybkość chłodzenia i stopień próżni. Po pięciu latach użytkowania pewnego typu dysza silnika rakietowego zaczęła pękać. Przeglądając zapisy dotyczące obróbki cieplnej stwierdzono, że odchylenie stężenia środka hartującego wynosiło 0,5%. Ostatecznie stwierdzono, że jest to główna przyczyna pęknięcia.
Testy nieniszczące są koniecznością: wszystkie ważne części muszą być testowane za pomocą fal ultradźwiękowych przez 100% czasu, z czułością do 0,2 mm w przypadku otworów o płaskim-dennym dnie. Po podgrzaniu test ultradźwiękowy z układem fazowanym wykrył mikropęknięcie o wielkości 0,1 mm na granicy ziaren konkretnego łożyska lotniczego. Naprawa została wykonana na czas, aby zapobiec poważnym wypadkom.
4. Specyficzne potrzeby-branży motywują do ciągłego doskonalenia technologii.
Przemysł lotniczy naciska na rozwój technologii obróbki cieplnej w kierunku „trzech szczytów i jednego minimum”:
Środowisko o wysokiej próżni: stop tytanu łatwo reaguje z tlenem w temperaturach powyżej 600 stopni. Próżniowa obróbka cieplna pozwala utrzymać poziom tlenu poniżej 10 ppm, co sprawia, że ​​stop tytanu TC11 jest o 25% bardziej odporny na zmęczenie. Próżniowa obróbka cieplna wydłużyła żywotność określonego typu wspornika satelity na orbicie z 5 do 8 lat.
Bardzo precyzyjna kontrola temperatury: Aby poddać obróbce cieplnej specjalny typ ostrza monokrystalicznego silnika lotniczego, temperatura musi mieścić się w zakresie ± 1,5 stopnia. Monitorowanie temperatury w podczerwieni i system zarządzania-pętlą zamkniętą pozwalają obniżyć odchylenie standardowe początkowej zawartości fazy alfa w ostrzu z 3% do 0,5%. Dzięki temu praca ostrza-w wysokich temperaturach jest znacznie stabilniejsza.
Obróbka wiązką wysokoenergetyczną: Technologia laserowego wzmacniania powierzchni może utworzyć na części utwardzoną warstwę o głębokości do 0,5 mm. Zwiększa to trwałość zmęczeniową kontaktową określonego typu przekładni helikoptera z 10 ⁷ razy do 10 ⁸ razy i sprawia, że ​​jest ona o 15% lżejsza.
W lotniczej obróbce cieplnej całkowicie zrezygnowano ze środków hartujących zawierających cyjanek i zastąpiono wodnym roztworem alkoholu poliwinylowego (PVA). Obniżyło to wartość ChZT ścieków z 5000 mg/l do 200 mg/l, co jest zgodne z przepisami ochrony środowiska.