لماذا تتطلب أجزاء الطيران متطلبات صارمة بشكل خاص للمعالجة الحرارية؟

1. تختبر ظروف العمل القاسية حدود مدى جودة عمل المواد.
تواجه تقنيات المعالجة الحرارية صعوبة في تلبية العديد من احتياجات الأداء المتنافسة لأجزاء الفضاء الجوي في نفس الوقت.
قوة درجات الحرارة العالية ومقاومة الزحف: تحتاج شفرات التوربينات إلى البقاء قوية عند درجة حرارة عالية تصل إلى 1300 درجة. تحتاج المعالجة الحرارية إلى تشكيل مرحلة تعزيز الترسيب من خلال المحاليل الصلبة ومعالجة الشيخوخة. يمكن أن يؤدي ذلك إلى جعل السبائك-المعتمدة على النيكل-التي تتحمل درجات الحرارة المرتفعة تدوم لفترة أطول بثلاث مرات قبل أن تنكسر بسبب الزحف. على سبيل المثال، ارتفعت قوة التحمل لدرجات الحرارة العالية-لنوع معين من شفرات محرك الطائرات من 400 ميجا باسكال إلى 650 ميجا باسكال بعد التصلب المباشر والمعالجة الحرارية.
لرفع قوة الخضوع من 150 ميجا باسكال إلى 350 ميجا باسكال مع الحفاظ على الكثافة عند ثلث-كثافة الفولاذ، يجب أن تخضع الأجزاء الهيكلية لجسم سبائك الألومنيوم للمعالجة الحرارية T6 (المحلول الصلب بالإضافة إلى التعتيق الاصطناعي). 7075 تتمتع سبائك الألومنيوم بقوة محددة تبلغ 200 ميجا باسكال/(جم/سم ³) بعد المعالجة الحرارية. وهذا هو السبب في أنها سبائك الألومنيوم الأكثر شيوعًا المستخدمة في صناعة الطيران.
يجب أن تكون معدات الهبوط قادرة على التعامل مع 10 ⁷ دورات من الحمل، وتحتاج عملية المعالجة الحرارية إلى إنشاء هيكل ثنائي الطور من البينيت+مارتينسيت من خلال التبريد متساوي الحرارة بينيت. وهذا يرفع حد الكلال للفولاذ 40CrNi2MoA من 450MPa إلى 650MPa. بعد تسخينها، انخفض معدل انتشار الكسر لنوع معين من معدات هبوط الطائرة بنسبة 60% عند وضعها تحت ظروف الخدمة المحاكاة.
2. يكون التحكم في العمليات أكثر صعوبة بشكل خاص مع الهياكل المعقدة.
تمثل الخصائص الهندسية المعقدة لمكونات الفضاء الجوي عائقًا كبيرًا أمام اتساق المعالجة الحرارية:
التحكم في تشوه الهياكل-الرقيقة الجدران: تميل الأجزاء الرقيقة الجدران-(التي يتراوح سمك جدارها من 0.5 إلى 2 مم) في غرف احتراق المحرك إلى الالتواء أثناء التبريد لأنها تبرد بمعدلات مختلفة. تعمل تكنولوجيا التبريد بالغاز عالي الضغط - على إدارة ضغط النيتروجين (2–6 بار) بعناية لمنع -الأجزاء الرقيقة الجدران من الانحناء أكثر من اللازم، من 0.3% إلى 0.05%، وهو ما يلزم للتجميع الدقيق.
يبلغ قطر القرص التوربيني لنوع معين من محركات الطيران 800 ملم وسمكه 200 ملم. وهذا يعني أن التدفئة موحدة في جميع المناطق. عند التسخين باستخدام فرن هوائي نموذجي، قد يصل الفرق في درجة الحرارة بين القلب والسطح إلى 150 درجة مئوية. يتم الحفاظ على تجانس درجة الحرارة ضمن ± 5 درجة بعد التبديل إلى فرن فراغ ذكي متعدد المناطق للتحكم في درجة الحرارة. وذلك لوقف الفشل المبكر الناجم عن التنظيم غير المتكافئ.
من الصعب معالجة قنوات التدفق في التجويف الداخلي: يبلغ عرض قناة تدفق تبريد التجويف الداخلي لقرص الشفرة بأكمله 2-3 مم فقط، وبالتالي من الصعب الحصول على تنظيم موحد مع المعالجة الحرارية العادية. باستخدام تقنيات التسخين الحثي والتبريد بالرش، تم تقليل الفرق في الصلابة بين سطح قناة التدفق وقلبها من 15HRC إلى 5HRC. وهذا جعل قناة التدفق أكثر مقاومة للتعب الحراري.
3. يجب اتباع متطلبات تتبع الجودة طوال دورة الحياة بأكملها.
قامت صناعة الطيران بإنشاء نظام حلقة{0}مغلق كامل للتحقق من جودة المعالجة الحرارية:
دعم قاعدة بيانات العمليات: قامت إحدى شركات تصنيع الطيران بإنشاء قاعدة بيانات لعمليات المعالجة الحرارية تضم أكثر من 2000 نوع من المواد. يجب على كل عملية استدعاء المعلمات الصحيحة. درجة حرارة انتقال مرحلة بيتا لسبائك التيتانيوم TC4 هي 980 ± 5 درجة. تحافظ قاعدة البيانات بدقة على درجة حرارة المحلول الصلب بين 975 و985 درجة لمنع الاحتراق الزائد أو خشونة البنية الدقيقة.
إمكانية تتبع سجل العملية بالكامل: يجب تسجيل أكثر من 30 شيئًا والاحتفاظ بها لمدة 15 عامًا على الأقل أثناء عملية المعالجة الحرارية. وتشمل هذه منحنى التسخين، ومعدل التبريد، ودرجة الفراغ. وبعد خمس سنوات من الاستخدام، بدأ نوع معين من فوهة محرك الصاروخ في الانهيار. من خلال النظر إلى سجلات المعالجة الحرارية، وجد أن انحراف تركيز وسط التبريد كان 0.5%. وقد وجد أخيرًا أن هذا هو السبب الرئيسي للصدع.
يعد الاختبار غير المدمر- أمرًا ضروريًا: يجب اختبار جميع الأجزاء المهمة باستخدام الموجات فوق الصوتية بنسبة 100% من الوقت، مع حساسية تصل إلى 0.2 مم للثقوب-المسطحة ذات القاع. بعد التسخين، اكتشف اختبار بالموجات فوق الصوتية للمصفوفة المرحلية صدعًا صغيرًا يبلغ 0.1 ملم عند الحدود الحبيبية لمحمل طيران محدد. تم إجراء إعادة العمل في الوقت المحدد لمنع وقوع حوادث خطيرة.
4. تحفز الاحتياجات-الخاصة بالصناعة على التحسين المستمر للتكنولوجيا.
تدفع صناعة الطيران من أجل تطوير تقنيات المعالجة الحرارية في اتجاه "ثلاثة ارتفاعات وواحد منخفض":
بيئة فراغ عالية: تتفاعل سبائك التيتانيوم مع الأكسجين بسهولة عند درجات حرارة أعلى من 600 درجة. يمكن أن تحافظ المعالجة الحرارية الفراغية على مستوى الأكسجين أقل من 10 جزء في المليون، مما يجعل سبائك التيتانيوم TC11 أقوى بنسبة 25% ضد التعب. أدت المعالجة الحرارية الفراغية إلى زيادة العمر التشغيلي لنوع معين من قوس الأقمار الصناعية في المدار من 5 سنوات إلى 8 سنوات.
تحكم دقيق للغاية في درجة الحرارة: للمعالجة الحرارية لنوع خاص من الشفرة البلورية المفردة لمحرك الطيران، يجب أن تظل درجة الحرارة في حدود ± 1.5 درجة. يتم استخدام مراقبة درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء ونظام إدارة الحلقة المغلقة- لتقليل الانحراف المعياري لمحتوى مرحلة ألفا الأولي للشفرة من 3% إلى 0.5%. وهذا يجعل أداء درجة الحرارة المرتفعة للشفرة-أكثر استقرارًا.
معالجة شعاع عالي الطاقة: قد تؤدي تقنية تقوية السطح بالليزر إلى إنشاء طبقة صلبة يصل عمقها إلى 0.5 مم على الجزء. يؤدي ذلك إلى زيادة عمر كلال التلامس لنوع معين من معدات طائرات الهليكوبتر من 10⁷ مرة إلى 10⁸ مرة ويجعلها أخف وزنًا بنسبة 15%.
لقد تخلصت المعالجة الحرارية للطيران تمامًا من وسائط التبريد التي تحتوي على السيانيد وتحولت إلى محلول مائي من كحول البولي فينيل (PVA). وقد أدى هذا إلى خفض قيمة COD لمياه الصرف الصحي من 5000 ملجم / لتر إلى 200 ملجم / لتر، وهو ما يتماشى مع القواعد البيئية.