एयरोस्पेस भागों में ताप उपचार के लिए विशेष रूप से सख्त आवश्यकताएं क्यों होती हैं?

1. चरम कामकाजी परिस्थितियां इस बात की जांच करती हैं कि सामग्री कितनी अच्छी तरह काम करती है।
ताप उपचार तकनीकों को एक ही समय में एयरोस्पेस भागों की कई प्रतिस्पर्धी प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने में कठिनाई होती है।
उच्च तापमान शक्ति और रेंगना प्रतिरोध: टरबाइन ब्लेड को 1300 डिग्री के उच्च तापमान पर मजबूत रहने की आवश्यकता होती है। गर्मी उपचार के लिए ठोस समाधान और उम्र बढ़ने के उपचार के माध्यम से 'चरण वर्षा को मजबूत करने की आवश्यकता होती है। इससे निकेल-आधारित उच्च-तापमान वाली मिश्रधातुएं रेंगने के कारण टूटने से पहले तीन गुना से अधिक समय तक चल सकती हैं। उदाहरण के लिए, एक निश्चित प्रकार के विमान इंजन ब्लेड की उच्च तापमान सहनशक्ति शक्ति निर्देशित ठोसकरण और ताप उपचार के बाद 400MPa से 650MPa हो गई।
स्टील के घनत्व को केवल एक {2}तिहाई पर रखते हुए उपज शक्ति को 150 एमपीए से 350 एमपीए तक बढ़ाने के लिए, एल्यूमीनियम मिश्र धातु धड़ संरचनात्मक भागों को टी 6 थर्मल उपचार (ठोस समाधान और कृत्रिम उम्र बढ़ने) से गुजरना होगा। यही कारण है कि यह विमानन उद्योग में उपयोग किया जाने वाला सबसे आम एल्यूमीनियम मिश्र धातु है।
लैंडिंग गियर को लोड के 10 ⁷ चक्रों को संभालने में सक्षम होना चाहिए, और गर्मी उपचार प्रक्रिया को बैनाइट इज़ोटेर्मल शमन के माध्यम से एक कम बैनाइट + मार्टेंसाइट दोहरी चरण संरचना बनाने की आवश्यकता है। इससे 40CrNi2MoA स्टील की थकान सीमा 450MPa से बढ़कर 650MPa हो जाती है। गर्म होने के बाद, सिम्युलेटेड सेवा शर्तों के तहत रखे जाने पर एक निश्चित प्रकार के हवाई जहाज लैंडिंग गियर की फ्रैक्चर प्रसार दर 60% तक कम हो गई।
2. जटिल संरचनाओं के साथ प्रक्रिया नियंत्रण विशेष रूप से कठिन है।
एयरोस्पेस घटकों की जटिल ज्यामितीय विशेषताएं गर्मी उपचार की स्थिरता में एक महत्वपूर्ण बाधा प्रस्तुत करती हैं:
पतली दीवार वाली संरचनाओं के विरूपण को नियंत्रित करना: इंजन दहन कक्षों में पतली दीवार वाले हिस्से (0.5 से 2 मिमी की दीवार की मोटाई के साथ) शमन के दौरान विकृत हो जाते हैं क्योंकि वे अलग-अलग दरों पर ठंडे होते हैं। वैक्यूम उच्च दबाव गैस शमन तकनीक नाइट्रोजन दबाव (2-6 बार) को सावधानीपूर्वक प्रबंधित करती है ताकि पतली दीवार वाले हिस्सों को 0.3% से 0.05% तक बहुत अधिक झुकने से रोका जा सके, जो कि सटीक संयोजन के लिए आवश्यक है।
एक निश्चित प्रकार के विमानन इंजन की टरबाइन डिस्क का व्यास 800 मिमी और मोटाई 200 मिमी है। इसका मतलब यह है कि हीटिंग सभी क्षेत्रों में एक समान है। एक सामान्य वायु भट्टी से गर्म करने पर, कोर और सतह के बीच तापमान का अंतर 150 डिग्री सेल्सियस तक हो सकता है। मल्टी-ज़ोन इंटेलिजेंट तापमान नियंत्रण वैक्यूम फर्नेस पर स्विच करने के बाद तापमान एकरूपता ±5 डिग्री के भीतर रखी जाती है। इसका उद्देश्य असमान संगठन के कारण होने वाली शीघ्र विफलता को रोकना है।
आंतरिक गुहा में प्रवाह चैनलों को संसाधित करना कठिन है: पूरे ब्लेड डिस्क का आंतरिक गुहा शीतलन प्रवाह चैनल केवल 2-3 मिमी चौड़ा है, इसलिए सामान्य ताप उपचार के साथ एक समान संगठन प्राप्त करना कठिन है। इंडक्शन हीटिंग और स्प्रे शमन तकनीकों का उपयोग करके, प्रवाह चैनल की सतह और कोर के बीच कठोरता में अंतर 15HRC से कम करके 5HRC कर दिया गया। इसने प्रवाह चैनल को थर्मल थकान के प्रति कहीं अधिक प्रतिरोधी बना दिया।
3. पूरे जीवन चक्र के दौरान गुणवत्ता पता लगाने की आवश्यकताओं का पालन किया जाना चाहिए।
एयरोस्पेस उद्योग ने गर्मी उपचार की गुणवत्ता की जांच के लिए एक पूर्ण बंद लूप सिस्टम स्थापित किया है:
प्रक्रिया डेटाबेस समर्थन: एक विमानन विनिर्माण कंपनी ने एक ताप उपचार प्रक्रिया डेटाबेस बनाया है जिसमें 2000 से अधिक प्रकार की सामग्रियां शामिल हैं। प्रत्येक प्रक्रिया को सही मापदंडों को कॉल करना होगा। TC4 टाइटेनियम मिश्र धातु का बीटा चरण संक्रमण तापमान 980 ± 5 डिग्री है। डेटाबेस अधिक जलने या माइक्रोस्ट्रक्चर के मोटे होने को रोकने के लिए ठोस घोल के तापमान को 975 और 985 डिग्री के बीच सटीक रूप से बनाए रखता है।
पूर्ण प्रक्रिया रिकॉर्ड ट्रैसेबिलिटी: गर्मी उपचार प्रक्रिया के दौरान 30 से अधिक चीजों को रिकॉर्ड करने और कम से कम 15 वर्षों तक रखने की आवश्यकता होती है। इनमें ताप वक्र, शीतलन दर और निर्वात डिग्री शामिल हैं। पांच साल के उपयोग के बाद, एक निश्चित प्रकार का रॉकेट इंजन नोजल टूटने लगा। ताप उपचार अभिलेखों को देखने पर यह पाया गया कि शमन माध्यम की सांद्रता विचलन 0.5% थी। अंततः यह दरार का मुख्य कारण पाया गया।
गैर--विनाशकारी परीक्षण आवश्यक है: सभी महत्वपूर्ण भागों का परीक्षण 100% समय अल्ट्रासोनिक तरंगों के साथ किया जाना चाहिए, जिसमें फ्लैट{3}तले वाले छिद्रों के लिए 0.2 मिमी तक की संवेदनशीलता हो। गर्म होने के बाद, एक चरणबद्ध सरणी अल्ट्रासोनिक परीक्षण ने एक विशिष्ट विमानन बीयरिंग की अनाज सीमा पर 0.1 मिमी की सूक्ष्म दरार का पता लगाया। गंभीर दुर्घटनाओं को रोकने के लिए समय पर पुनः कार्य किया गया।
4. उद्योग की विशिष्ट आवश्यकताएं प्रौद्योगिकी के निरंतर सुधार को प्रेरित करती हैं।
एयरोस्पेस उद्योग "तीन उच्च और एक निम्न" की दिशा में ताप उपचार प्रौद्योगिकियों की प्रगति पर जोर दे रहा है:
उच्च वैक्यूम वातावरण: टाइटेनियम मिश्र धातु 600 डिग्री से ऊपर के तापमान पर ऑक्सीजन के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करता है। वैक्यूम हीट ट्रीटमेंट ऑक्सीजन स्तर को 10 पीपीएम से नीचे रख सकता है, जो TC11 टाइटेनियम मिश्र धातु को थकान के खिलाफ 25% मजबूत बनाता है। वैक्यूम ताप उपचार ने कक्षा में एक निश्चित प्रकार के उपग्रह ब्रैकेट के परिचालन जीवन को 5 वर्ष से बढ़ाकर 8 वर्ष कर दिया है।
बहुत सटीक तापमान नियंत्रण: एक विशेष प्रकार के विमानन इंजन सिंगल क्रिस्टल ब्लेड को गर्म करने के लिए, तापमान ± 1.5 डिग्री के भीतर रहना चाहिए। ब्लेड की प्रारंभिक अल्फा चरण सामग्री के मानक विचलन को 3% से 0.5% तक कम करने के लिए एक अवरक्त तापमान निगरानी और बंद लूप प्रबंधन प्रणाली का उपयोग किया जाता है। यह ब्लेड के उच्च तापमान वाले प्रदर्शन को और अधिक स्थिर बनाता है।
उच्च ऊर्जा किरण प्रसंस्करण: लेजर सतह सुदृढ़ीकरण तकनीक भाग पर 0.5 मिमी तक गहरी एक कठोर परत बना सकती है। यह एक निश्चित प्रकार के हेलीकॉप्टर गियर की संपर्क थकान जीवन को 10 ⁷ गुना से 10 ⁸ गुना तक बढ़ा देता है और इसे 15% हल्का बना देता है।
विमानन ताप उपचार ने पूरी तरह से शमन मीडिया से छुटकारा पा लिया है जिसमें साइनाइड होता है और पॉलीविनाइल अल्कोहल (पीवीए) के जलीय घोल में बदल दिया जाता है। इससे अपशिष्ट जल का COD मान 5000mg/L से कम होकर 200mg/L हो गया है, जो पर्यावरण नियमों के अनुरूप है।