উচ্চ তাপমাত্রার খাদকে তাপ শক্তির খাদও বলা হয়। ম্যাট্রিক্স কাঠামো অনুসারে, উপকরণগুলিকে তিনটি ভাগে ভাগ করা যায়: লোহা-ভিত্তিক নিকেল-ভিত্তিক এবং ক্রোমিয়াম-ভিত্তিক। উত্পাদন মোড অনুসারে, এটি বিকৃত সুপারঅ্যালয় এবং কাস্ট সুপারঅ্যালয়ে বিভক্ত করা যেতে পারে।
এটি মহাকাশ ক্ষেত্রের একটি অপরিহার্য কাঁচামাল। এটি মহাকাশ এবং এভিয়েশন ম্যানুফ্যাকচারিং ইঞ্জিনগুলির উচ্চ-তাপমাত্রার অংশের জন্য মূল উপাদান। এটি প্রধানত দহন চেম্বার, টারবাইন ব্লেড, গাইড ব্লেড, কম্প্রেসার এবং টারবাইন ডিস্ক, টারবাইন কেস এবং অন্যান্য অংশ তৈরির জন্য ব্যবহৃত হয়। পরিষেবা তাপমাত্রা পরিসীমা হল 600 ℃ - 1200 ℃। চাপ এবং পরিবেশগত অবস্থা ব্যবহৃত অংশের সাথে পরিবর্তিত হয়। খাদের যান্ত্রিক, শারীরিক এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলির জন্য কঠোর প্রয়োজনীয়তা রয়েছে। এটি ইঞ্জিনের কর্মক্ষমতা, নির্ভরযোগ্যতা এবং জীবনের জন্য নির্ধারক ফ্যাক্টর। অতএব, উন্নত দেশগুলিতে মহাকাশ এবং জাতীয় প্রতিরক্ষা ক্ষেত্রে সুপারঅ্যালয় একটি মূল গবেষণা প্রকল্প।
সুপারঅ্যালোয়ের প্রধান প্রয়োগগুলি হল:
1. দহন চেম্বারের জন্য উচ্চ তাপমাত্রা খাদ
এভিয়েশন টারবাইন ইঞ্জিনের দহন চেম্বার (ফ্লেম টিউব নামেও পরিচিত) হল উচ্চ-তাপমাত্রার অন্যতম প্রধান উপাদান। যেহেতু জ্বালানী পরমাণুকরণ, তেল এবং গ্যাসের মিশ্রণ এবং অন্যান্য প্রক্রিয়াগুলি দহন চেম্বারে সঞ্চালিত হয়, তাই দহন চেম্বারের সর্বোচ্চ তাপমাত্রা 1500 ℃ - 2000 ℃ পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে এবং দহন চেম্বারে প্রাচীরের তাপমাত্রা 1100 ℃ পৌঁছাতে পারে। একই সময়ে, এটি তাপীয় চাপ এবং গ্যাসের চাপও বহন করে। উচ্চ থ্রাস্ট/ওজন রেশিও সহ বেশিরভাগ ইঞ্জিনে অ্যানুলার কম্বাশন চেম্বার ব্যবহার করা হয়, যার দৈর্ঘ্য কম এবং উচ্চ তাপ ক্ষমতা রয়েছে। দহন চেম্বারের সর্বোচ্চ তাপমাত্রা 2000 ℃ পৌঁছেছে এবং গ্যাস ফিল্ম বা বাষ্প শীতল করার পরে প্রাচীরের তাপমাত্রা 1150 ℃ পৌঁছেছে। বিভিন্ন অংশের মধ্যে বড় তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্ট তাপীয় চাপ তৈরি করবে, যা কাজের অবস্থার পরিবর্তন হলে দ্রুত বৃদ্ধি পাবে এবং পড়ে যাবে। উপাদান তাপীয় শক এবং তাপ ক্লান্তি লোড সাপেক্ষে হবে, এবং বিকৃতি, ফাটল এবং অন্যান্য ফল্ট হবে. সাধারণত, দহন চেম্বারটি শীট খাদ দিয়ে তৈরি, এবং প্রযুক্তিগত প্রয়োজনীয়তাগুলি নির্দিষ্ট অংশগুলির পরিষেবার শর্ত অনুসারে নিম্নরূপ সংক্ষিপ্ত করা হয়: উচ্চ-তাপমাত্রার খাদ এবং গ্যাস ব্যবহারের শর্তে এটির নির্দিষ্ট জারণ প্রতিরোধ এবং গ্যাস জারা প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে; এটির নির্দিষ্ট তাত্ক্ষণিক এবং সহনশীলতা শক্তি, তাপ ক্লান্তি কর্মক্ষমতা এবং কম সম্প্রসারণ সহগ রয়েছে; এটি প্রক্রিয়াকরণ, গঠন এবং সংযোগ নিশ্চিত করার জন্য যথেষ্ট প্লাস্টিকতা এবং জোড় ক্ষমতা আছে; পরিষেবা জীবনের মধ্যে নির্ভরযোগ্য অপারেশন নিশ্চিত করতে তাপচক্রের অধীনে এটির ভাল সাংগঠনিক স্থিতিশীলতা রয়েছে।
ক MA956 খাদ ছিদ্রযুক্ত স্তরিত
প্রাথমিক পর্যায়ে, ছিদ্রযুক্ত ল্যামিনেটটি HS-188 অ্যালয় শীট দিয়ে ছবি তোলা, খোদাই করা, খাঁজ কাটা এবং পাঞ্চ করার পরে ডিফিউশন বন্ডিং দ্বারা তৈরি করা হয়েছিল। অভ্যন্তরীণ স্তরটি ডিজাইনের প্রয়োজনীয়তা অনুসারে একটি আদর্শ কুলিং চ্যানেলে তৈরি করা যেতে পারে। এই স্ট্রাকচার কুলিং এর জন্য শুধুমাত্র প্রথাগত ফিল্ম কুলিং এর 30% কুলিং গ্যাস প্রয়োজন, যা ইঞ্জিনের তাপচক্রের কার্যকারিতা উন্নত করতে পারে, দহন চেম্বার উপাদানের প্রকৃত তাপ বহন ক্ষমতা কমাতে পারে, ওজন কমাতে পারে এবং থ্রাস্ট-ওজন বাড়াতে পারে। অনুপাত বর্তমানে, এটিকে ব্যবহারিক কাজে লাগানোর আগে মূল প্রযুক্তিটি ভেঙে ফেলা প্রয়োজন। MA956 এর তৈরি ছিদ্রযুক্ত ল্যামিনেট হল মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র দ্বারা প্রবর্তিত একটি নতুন প্রজন্মের দহন চেম্বার উপাদান, যা 1300 ℃ এ ব্যবহার করা যেতে পারে।
খ. দহন চেম্বারে সিরামিক কম্পোজিটের প্রয়োগ
মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র 1971 সাল থেকে গ্যাস টারবাইনের জন্য সিরামিক ব্যবহারের সম্ভাব্যতা যাচাই করতে শুরু করেছে। 1983 সালে, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে উন্নত উপকরণের উন্নয়নে নিয়োজিত কিছু গ্রুপ উন্নত বিমানে ব্যবহৃত গ্যাস টারবাইনের জন্য কার্যকারিতা সূচকগুলির একটি সিরিজ তৈরি করেছে। এই সূচকগুলি হল: টারবাইন ইনলেট তাপমাত্রা 2200 ℃ বৃদ্ধি করুন; রাসায়নিক গণনার জ্বলন অবস্থার অধীনে কাজ; এই অংশগুলিতে প্রয়োগ করা ঘনত্ব 8g/cm3 থেকে 5g/cm3 পর্যন্ত কমিয়ে দিন; উপাদানগুলির শীতলকরণ বাতিল করুন। এই প্রয়োজনীয়তাগুলি পূরণ করার জন্য, একক-ফেজ সিরামিক ছাড়াও গ্রাফাইট, ধাতব ম্যাট্রিক্স, সিরামিক ম্যাট্রিক্স কম্পোজিট এবং ইন্টারমেটালিক যৌগগুলি অধ্যয়ন করা হয়েছে৷ সিরামিক ম্যাট্রিক্স কম্পোজিট (সিএমসি) এর নিম্নলিখিত সুবিধা রয়েছে:
সিরামিক উপাদানের সম্প্রসারণ সহগ নিকেল-ভিত্তিক সংকর ধাতুর তুলনায় অনেক ছোট, এবং আবরণটি খোসা ছাড়ানো সহজ। মধ্যবর্তী ধাতু অনুভূত দিয়ে সিরামিক কম্পোজিট তৈরি করা ফ্লাকিংয়ের ত্রুটিকে কাটিয়ে উঠতে পারে, যা দহন চেম্বার উপকরণগুলির বিকাশের দিক। এই উপাদানটি 10% - 20% শীতল বাতাসের সাথে ব্যবহার করা যেতে পারে এবং ধাতব ব্যাক ইনসুলেশনের তাপমাত্রা প্রায় 800 ℃ এবং তাপ বহন করার তাপমাত্রা ভিন্ন শীতল এবং ফিল্ম কুলিং এর তুলনায় অনেক কম। কাস্ট সুপারঅ্যালয় B1900+সিরামিক আবরণ প্রতিরক্ষামূলক টাইল V2500 ইঞ্জিনে ব্যবহার করা হয়, এবং বিকাশের দিক হল B1900 (সিরামিক আবরণ সহ) টাইলকে SiC-ভিত্তিক যৌগিক বা অ্যান্টি-অক্সিডেশন C/C কম্পোজিট দিয়ে প্রতিস্থাপন করা। সিরামিক ম্যাট্রিক্স কম্পোজিট হল ইঞ্জিন দহন চেম্বারের উন্নয়ন উপাদান যার থ্রাস্ট ওজন অনুপাত 15-20, এবং এর পরিষেবা তাপমাত্রা হল 1538 ℃ - 1650 ℃। এটি শিখা টিউব, ভাসমান প্রাচীর এবং আফটারবার্নার জন্য ব্যবহৃত হয়।
2. টারবাইন জন্য উচ্চ তাপমাত্রা খাদ
অ্যারো-ইঞ্জিন টারবাইন ব্লেড এমন একটি উপাদান যা সবচেয়ে গুরুতর তাপমাত্রার ভার বহন করে এবং অ্যারো-ইঞ্জিনের সবচেয়ে খারাপ কাজের পরিবেশ। এটিকে উচ্চ তাপমাত্রার অধীনে খুব বড় এবং জটিল চাপ সহ্য করতে হয়, তাই এর উপাদান প্রয়োজনীয়তা খুব কঠোর। অ্যারো-ইঞ্জিন টারবাইন ব্লেডগুলির জন্য সুপার অ্যালয়গুলিকে ভাগ করা হয়েছে:
a. গাইড জন্য উচ্চ তাপমাত্রা খাদ
ডিফ্লেক্টর হল টারবাইন ইঞ্জিনের একটি অংশ যা তাপ দ্বারা সবচেয়ে বেশি প্রভাবিত হয়। যখন দহন চেম্বারে অসম দহন ঘটে, তখন প্রথম পর্যায়ের গাইড ভ্যানের গরম করার লোড বড় হয়, যা গাইড ভ্যানের ক্ষতির প্রধান কারণ। এর পরিষেবার তাপমাত্রা টারবাইন ব্লেডের তুলনায় প্রায় 100 ℃ বেশি। পার্থক্য হল যে স্থির অংশগুলি যান্ত্রিক লোডের সাপেক্ষে নয়। সাধারণত, দ্রুত তাপমাত্রা পরিবর্তনের কারণে তাপীয় চাপ, বিকৃতি, তাপীয় ক্লান্তি ফাটল এবং স্থানীয় পোড়া সৃষ্টি করা সহজ। গাইড ভ্যান অ্যালোয়ের নিম্নলিখিত বৈশিষ্ট্যগুলি থাকতে হবে: পর্যাপ্ত উচ্চ তাপমাত্রার শক্তি, স্থায়ী ক্রীপ কর্মক্ষমতা এবং ভাল তাপ ক্লান্তি কর্মক্ষমতা, উচ্চ জারণ প্রতিরোধ এবং তাপ জারা কর্মক্ষমতা, তাপীয় চাপ এবং কম্পন প্রতিরোধ, নমন বিকৃতি ক্ষমতা, ভাল ঢালাই প্রক্রিয়া ছাঁচনির্মাণ কর্মক্ষমতা এবং ঢালাইযোগ্যতা, এবং আবরণ সুরক্ষা কর্মক্ষমতা.
বর্তমানে, উচ্চ থ্রাস্ট/ওজন অনুপাত সহ বেশিরভাগ উন্নত ইঞ্জিনগুলি ফাঁপা ঢালাই ব্লেড ব্যবহার করে এবং দিকনির্দেশক এবং একক ক্রিস্টাল নিকেল-ভিত্তিক সুপারঅ্যালয়গুলি নির্বাচন করা হয়। উচ্চ থ্রাস্ট-ওজন অনুপাত সহ ইঞ্জিনের উচ্চ তাপমাত্রা 1650 ℃ - 1930 ℃ এবং তাপ নিরোধক আবরণ দ্বারা সুরক্ষিত করা প্রয়োজন। শীতল এবং আবরণ সুরক্ষা অবস্থার অধীনে ব্লেড খাদের পরিষেবার তাপমাত্রা 1100 ℃ এর বেশি, যা ভবিষ্যতে গাইড ব্লেড উপাদানের তাপমাত্রার ঘনত্বের খরচের জন্য নতুন এবং উচ্চতর প্রয়োজনীয়তাগুলিকে সামনে রাখে।
খ. টারবাইন ব্লেড জন্য superalloys
টারবাইন ব্লেড হল অ্যারো-ইঞ্জিনের মূল তাপ বহনকারী ঘূর্ণনকারী অংশ। তাদের অপারেটিং তাপমাত্রা গাইড ব্লেডের চেয়ে 50 ℃ - 100 ℃ কম। ঘূর্ণন করার সময় এগুলি দুর্দান্ত কেন্দ্রাতিগ চাপ, কম্পন চাপ, তাপীয় চাপ, বায়ুপ্রবাহের ঝাঁকুনি এবং অন্যান্য প্রভাব সহ্য করে এবং কাজের অবস্থা খারাপ। উচ্চ থ্রাস্ট/ওজন অনুপাত সহ ইঞ্জিনের হট এন্ড উপাদানগুলির পরিষেবা জীবন 2000 ঘন্টারও বেশি। অতএব, টারবাইন ব্লেডের খাদটি পরিষেবা তাপমাত্রায় উচ্চ ক্রীপ প্রতিরোধ এবং ফেটে যাওয়ার শক্তি, ভাল উচ্চ এবং মাঝারি তাপমাত্রার ব্যাপক বৈশিষ্ট্য, যেমন উচ্চ এবং নিম্ন চক্র ক্লান্তি, ঠান্ডা এবং গরম ক্লান্তি, পর্যাপ্ত প্লাস্টিসিটি এবং প্রভাবের শক্ততা এবং খাঁজ সংবেদনশীলতা থাকতে হবে; উচ্চ জারণ প্রতিরোধের এবং জারা প্রতিরোধের; ভাল তাপ পরিবাহিতা এবং রৈখিক সম্প্রসারণের কম সহগ; ভাল ঢালাই প্রক্রিয়া কর্মক্ষমতা; দীর্ঘমেয়াদী কাঠামোগত স্থিতিশীলতা, পরিষেবা তাপমাত্রায় কোন TCP ফেজ বৃষ্টিপাত নেই। প্রয়োগকৃত খাদ চারটি ধাপের মধ্য দিয়ে যায়; বিকৃত খাদ অ্যাপ্লিকেশনের মধ্যে রয়েছে GH4033, GH4143, GH4118, ইত্যাদি; ঢালাই খাদ প্রয়োগের মধ্যে রয়েছে K403, K417, K418, K405, দিকনির্দেশকভাবে দৃঢ় স্বর্ণ DZ4, DZ22, একক ক্রিস্টাল অ্যালয় DD3, DD8, PW1484, ইত্যাদি। বর্তমানে এটি তৃতীয় প্রজন্মের একক ক্রিস্টাল অ্যালোয় তৈরি হয়েছে। চীনের একক ক্রিস্টাল অ্যালয় DD3 এবং DD8 যথাক্রমে চীনের টারবাইন, টারবোফ্যান ইঞ্জিন, হেলিকপ্টার এবং জাহাজবাহিত ইঞ্জিনে ব্যবহৃত হয়।
3. টারবাইন ডিস্কের জন্য উচ্চ তাপমাত্রা খাদ
টারবাইন ডিস্ক হল টারবাইন ইঞ্জিনের সবচেয়ে চাপযুক্ত ঘূর্ণায়মান ভারবহন অংশ। 8 এবং 10 এর থ্রাস্ট ওজন অনুপাত সহ ইঞ্জিনের হুইল ফ্ল্যাঞ্জের কাজের তাপমাত্রা 650 ℃ এবং 750 ℃ এ পৌঁছেছে এবং চাকা কেন্দ্রের তাপমাত্রা প্রায় 300 ℃, তাপমাত্রার বড় পার্থক্য সহ। স্বাভাবিক ঘূর্ণনের সময়, এটি ব্লেডটিকে উচ্চ গতিতে ঘোরাতে চালিত করে এবং সর্বাধিক কেন্দ্রাতিগ বল, তাপীয় চাপ এবং কম্পন চাপ বহন করে। প্রতিটি স্টার্ট এবং স্টপ একটি চক্র, চাকা কেন্দ্র। গলা, খাঁজ নীচে এবং রিম সবই বিভিন্ন যৌগিক চাপ বহন করে। খাদ সর্বোচ্চ ফলন শক্তি, প্রভাব দৃঢ়তা এবং পরিষেবা তাপমাত্রায় কোন খাঁজ সংবেদনশীলতা থাকা প্রয়োজন; নিম্ন রৈখিক সম্প্রসারণ সহগ; নির্দিষ্ট জারণ এবং জারা প্রতিরোধের; ভাল কাটিয়া কর্মক্ষমতা.
4. মহাকাশ মহাকাশ
তরল রকেট ইঞ্জিনের সুপারঅ্যালয় থ্রাস্ট চেম্বারে দহন চেম্বারের জ্বালানী ইনজেক্টর প্যানেল হিসাবে ব্যবহৃত হয়; টারবাইন পাম্প কনুই, ফ্ল্যাঞ্জ, গ্রাফাইট রাডার ফাস্টেনার, ইত্যাদি। তরল রকেট ইঞ্জিনে উচ্চ তাপমাত্রার খাদ থ্রাস্ট চেম্বারে জ্বালানী চেম্বার ইনজেক্টর প্যানেল হিসাবে ব্যবহৃত হয়; টারবাইন পাম্প কনুই, ফ্ল্যাঞ্জ, গ্রাফাইট রাডার ফাস্টেনার, ইত্যাদি। GH4169 টারবাইন রটার, খাদ, খাদ হাতা, ফাস্টেনার এবং অন্যান্য গুরুত্বপূর্ণ ভারবহন অংশগুলির উপাদান হিসাবে ব্যবহৃত হয়।
আমেরিকান লিকুইড রকেট ইঞ্জিনের টারবাইন রটার উপকরণের মধ্যে প্রধানত ইনটেক পাইপ, টারবাইন ব্লেড এবং ডিস্ক অন্তর্ভুক্ত থাকে। GH1131 খাদ বেশিরভাগই চীনে ব্যবহৃত হয় এবং টারবাইন ফলকটি কাজের তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে। Inconel x, Alloy713c, Astroloy এবং Mar-M246 ধারাবাহিকভাবে ব্যবহার করা উচিত; চাকা ডিস্কের উপকরণগুলির মধ্যে রয়েছে ইনকোনেল 718, ওয়াসপালয়, ইত্যাদি। GH4169 এবং GH4141 ইন্টিগ্রাল টারবাইনগুলি বেশিরভাগই ব্যবহৃত হয় এবং GH2038A ইঞ্জিন শ্যাফ্টের জন্য ব্যবহৃত হয়।