উচ্চ তাপমাত্রার সংকর ধাতুকে তাপ শক্তি সংকর ধাতুও বলা হয়। ম্যাট্রিক্স কাঠামো অনুসারে, উপকরণগুলিকে তিনটি বিভাগে ভাগ করা যেতে পারে: লোহা-ভিত্তিক নিকেল-ভিত্তিক এবং ক্রোমিয়াম-ভিত্তিক। উৎপাদন পদ্ধতি অনুসারে, এটিকে বিকৃত সুপারঅ্যালয় এবং ঢালাই সুপারঅ্যালয়-এ ভাগ করা যেতে পারে।
এটি মহাকাশ ক্ষেত্রে একটি অপরিহার্য কাঁচামাল। এটি মহাকাশ এবং বিমান চালনা উৎপাদনকারী ইঞ্জিনের উচ্চ-তাপমাত্রার অংশের মূল উপাদান। এটি মূলত দহন চেম্বার, টারবাইন ব্লেড, গাইড ব্লেড, কম্প্রেসার এবং টারবাইন ডিস্ক, টারবাইন কেস এবং অন্যান্য যন্ত্রাংশ তৈরিতে ব্যবহৃত হয়। পরিষেবা তাপমাত্রার পরিসীমা 600 ℃ - 1200 ℃। ব্যবহৃত যন্ত্রাংশের সাথে চাপ এবং পরিবেশগত পরিস্থিতি পরিবর্তিত হয়। সংকর ধাতুর যান্ত্রিক, ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের জন্য কঠোর প্রয়োজনীয়তা রয়েছে। এটি ইঞ্জিনের কর্মক্ষমতা, নির্ভরযোগ্যতা এবং জীবনের জন্য নির্ধারক ফ্যাক্টর। অতএব, উন্নত দেশগুলিতে মহাকাশ এবং জাতীয় প্রতিরক্ষা ক্ষেত্রে সুপারঅ্যালয় অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ গবেষণা প্রকল্প।
সুপারঅ্যালয়ের প্রধান প্রয়োগগুলি হল:
1. দহন চেম্বারের জন্য উচ্চ তাপমাত্রার খাদ
এভিয়েশন টারবাইন ইঞ্জিনের দহন চেম্বার (যা শিখা নল নামেও পরিচিত) হল উচ্চ-তাপমাত্রার অন্যতম প্রধান উপাদান। যেহেতু জ্বালানি পরমাণুকরণ, তেল ও গ্যাস মিশ্রণ এবং অন্যান্য প্রক্রিয়া দহন চেম্বারে সম্পন্ন হয়, তাই দহন চেম্বারে সর্বোচ্চ তাপমাত্রা 1500 ℃ - 2000 ℃ পৌঁছাতে পারে এবং দহন চেম্বারে দেয়ালের তাপমাত্রা 1100 ℃ পৌঁছাতে পারে। একই সময়ে, এটি তাপীয় চাপ এবং গ্যাসের চাপও বহন করে। উচ্চ থ্রাস্ট/ওজন অনুপাত সহ বেশিরভাগ ইঞ্জিন বৃত্তাকার দহন চেম্বার ব্যবহার করে, যার দৈর্ঘ্য কম এবং তাপ ক্ষমতা বেশি। দহন চেম্বারে সর্বোচ্চ তাপমাত্রা 2000 ℃ পৌঁছায় এবং গ্যাস ফিল্ম বা বাষ্প শীতল হওয়ার পরে দেয়ালের তাপমাত্রা 1150 ℃ পৌঁছায়। বিভিন্ন অংশের মধ্যে বৃহৎ তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্ট তাপীয় চাপ তৈরি করবে, যা কার্যকরী অবস্থার পরিবর্তনের সাথে সাথে তীব্রভাবে বৃদ্ধি এবং হ্রাস পাবে। উপাদানটি তাপীয় শক এবং তাপীয় ক্লান্তি লোডের শিকার হবে এবং বিকৃতি, ফাটল এবং অন্যান্য ত্রুটি দেখা দেবে। সাধারণত, দহন চেম্বারটি শীট অ্যালয় দিয়ে তৈরি হয় এবং নির্দিষ্ট অংশগুলির পরিষেবার শর্ত অনুসারে প্রযুক্তিগত প্রয়োজনীয়তাগুলি নিম্নরূপে সংক্ষেপিত করা হয়: উচ্চ-তাপমাত্রার অ্যালয় এবং গ্যাস ব্যবহারের শর্তে এর নির্দিষ্ট জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং গ্যাস জারা প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে; এর নির্দিষ্ট তাৎক্ষণিক এবং সহনশীলতা শক্তি, তাপীয় ক্লান্তি কর্মক্ষমতা এবং কম সম্প্রসারণ সহগ রয়েছে; প্রক্রিয়াকরণ, গঠন এবং সংযোগ নিশ্চিত করার জন্য এতে পর্যাপ্ত প্লাস্টিকতা এবং ওয়েল্ড ক্ষমতা রয়েছে; পরিষেবা জীবনের মধ্যে নির্ভরযোগ্য অপারেশন নিশ্চিত করার জন্য তাপ চক্রের অধীনে এর ভাল সাংগঠনিক স্থিতিশীলতা রয়েছে।
a. MA956 অ্যালয় পোরস ল্যামিনেট
প্রাথমিক পর্যায়ে, ছিদ্রযুক্ত ল্যামিনেটটি HS-188 অ্যালয় শীট দিয়ে তৈরি করা হয়েছিল, যা ছবি তোলা, খোদাই করা, খাঁজ কাটা এবং খোঁচা দেওয়ার পরে ডিফিউশন বন্ডিং দ্বারা তৈরি করা হয়েছিল। নকশার প্রয়োজনীয়তা অনুসারে অভ্যন্তরীণ স্তরটিকে একটি আদর্শ কুলিং চ্যানেলে পরিণত করা যেতে পারে। এই কাঠামোর শীতলকরণের জন্য ঐতিহ্যবাহী ফিল্ম কুলিং থেকে মাত্র 30% কুলিং গ্যাস প্রয়োজন, যা ইঞ্জিনের তাপ চক্র দক্ষতা উন্নত করতে পারে, দহন চেম্বারের উপাদানের প্রকৃত তাপ বহন ক্ষমতা হ্রাস করতে পারে, ওজন হ্রাস করতে পারে এবং থ্রাস্ট-ওজন অনুপাত বৃদ্ধি করতে পারে। বর্তমানে, ব্যবহারিক ব্যবহারের আগে মূল প্রযুক্তিটি ভেঙে ফেলা এখনও প্রয়োজন। MA956 দিয়ে তৈরি ছিদ্রযুক্ত ল্যামিনেটটি মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র দ্বারা প্রবর্তিত একটি নতুন প্রজন্মের দহন চেম্বারের উপাদান, যা 1300 ℃ এ ব্যবহার করা যেতে পারে।
খ. দহন চেম্বারে সিরামিক কম্পোজিট প্রয়োগ
১৯৭১ সাল থেকে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র গ্যাস টারবাইনের জন্য সিরামিক ব্যবহারের সম্ভাব্যতা যাচাই শুরু করেছে। ১৯৮৩ সালে, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে উন্নত উপকরণ তৈরিতে নিযুক্ত কিছু দল উন্নত বিমানে ব্যবহৃত গ্যাস টারবাইনের জন্য একাধিক কর্মক্ষমতা সূচক তৈরি করেছে। এই সূচকগুলি হল: টারবাইন ইনলেট তাপমাত্রা ২২০০ ℃ বৃদ্ধি করা; রাসায়নিক গণনার দহন অবস্থায় কাজ করা; এই অংশগুলিতে প্রয়োগ করা ঘনত্ব ৮ গ্রাম/সেমি৩ থেকে ৫ গ্রাম/সেমি৩ কমানো; উপাদানগুলির শীতলকরণ বাতিল করা। এই প্রয়োজনীয়তাগুলি পূরণ করার জন্য, অধ্যয়ন করা উপকরণগুলির মধ্যে রয়েছে একক-ফেজ সিরামিক ছাড়াও গ্রাফাইট, ধাতব ম্যাট্রিক্স, সিরামিক ম্যাট্রিক্স কম্পোজিট এবং আন্তঃধাতু যৌগ। সিরামিক ম্যাট্রিক্স কম্পোজিট (CMC) এর নিম্নলিখিত সুবিধা রয়েছে:
সিরামিক উপাদানের সম্প্রসারণ সহগ নিকেল-ভিত্তিক সংকর ধাতুর তুলনায় অনেক ছোট এবং আবরণটি সহজেই খোসা ছাড়ানো যায়। মধ্যবর্তী ধাতব অনুভূত দিয়ে সিরামিক কম্পোজিট তৈরি করলে ফ্লেকিং ত্রুটি দূর করা যায়, যা দহন চেম্বারের উপকরণগুলির বিকাশের দিক। এই উপাদানটি 10% - 20% শীতল বাতাসের সাথে ব্যবহার করা যেতে পারে, এবং ধাতব ব্যাক ইনসুলেশনের তাপমাত্রা মাত্র 800 ℃, এবং তাপ বহনকারী তাপমাত্রা ডাইভারজেন্ট কুলিং এবং ফিল্ম কুলিং এর তুলনায় অনেক কম। V2500 ইঞ্জিনে কাস্ট সুপারঅ্যালয় B1900+সিরামিক আবরণ প্রতিরক্ষামূলক টাইল ব্যবহার করা হয়, এবং বিকাশের দিক হল B1900 (সিরামিক আবরণ সহ) টাইলকে SiC-ভিত্তিক সংমিশ্রণ বা অ্যান্টি-অক্সিডেশন C/C কম্পোজিট দিয়ে প্রতিস্থাপন করা। সিরামিক ম্যাট্রিক্স কম্পোজিট হল ইঞ্জিন দহন চেম্বারের বিকাশ উপাদান যার থ্রাস্ট ওজন অনুপাত 15-20 এবং এর পরিষেবা তাপমাত্রা 1538 ℃ - 1650 ℃। এটি শিখা নল, ভাসমান প্রাচীর এবং আফটারবার্নারের জন্য ব্যবহৃত হয়।
2. টারবাইনের জন্য উচ্চ তাপমাত্রার খাদ
অ্যারো-ইঞ্জিন টারবাইন ব্লেড হল এমন একটি উপাদান যা অ্যারো-ইঞ্জিনের সবচেয়ে তীব্র তাপমাত্রার চাপ এবং সবচেয়ে খারাপ কাজের পরিবেশ বহন করে। উচ্চ তাপমাত্রায় এটিকে খুব বড় এবং জটিল চাপ সহ্য করতে হয়, তাই এর উপাদানের প্রয়োজনীয়তা খুবই কঠোর। অ্যারো-ইঞ্জিন টারবাইন ব্লেডের জন্য সুপারঅ্যালয়গুলিকে ভাগ করা হয়েছে:
গাইডের জন্য উচ্চ তাপমাত্রার খাদ
ডিফ্লেক্টর হল টারবাইন ইঞ্জিনের এমন একটি অংশ যা তাপ দ্বারা সবচেয়ে বেশি প্রভাবিত হয়। যখন দহন চেম্বারে অসম দহন ঘটে, তখন প্রথম পর্যায়ের গাইড ভ্যানের গরম করার লোড বেশি থাকে, যা গাইড ভ্যানের ক্ষতির প্রধান কারণ। এর পরিষেবা তাপমাত্রা টারবাইন ব্লেডের তুলনায় প্রায় 100 ℃ বেশি। পার্থক্য হল যে স্ট্যাটিক অংশগুলি যান্ত্রিক লোডের অধীন নয়। সাধারণত, দ্রুত তাপমাত্রা পরিবর্তনের কারণে তাপীয় চাপ, বিকৃতি, তাপীয় ক্লান্তি ফাটল এবং স্থানীয় পোড়া সৃষ্টি করা সহজ। গাইড ভ্যান অ্যালয়ের নিম্নলিখিত বৈশিষ্ট্য থাকতে হবে: পর্যাপ্ত উচ্চ তাপমাত্রা শক্তি, স্থায়ী ক্রিপ কর্মক্ষমতা এবং ভাল তাপীয় ক্লান্তি কর্মক্ষমতা, উচ্চ জারণ প্রতিরোধ এবং তাপীয় ক্ষয় কর্মক্ষমতা, তাপীয় চাপ এবং কম্পন প্রতিরোধ, নমন বিকৃতি ক্ষমতা, ভাল ঢালাই প্রক্রিয়া ছাঁচনির্মাণ কর্মক্ষমতা এবং ঝালাইযোগ্যতা, এবং আবরণ সুরক্ষা কর্মক্ষমতা।
বর্তমানে, উচ্চ থ্রাস্ট/ওজন অনুপাত সহ বেশিরভাগ উন্নত ইঞ্জিনগুলি ফাঁকা ঢালাই ব্লেড ব্যবহার করে এবং দিকনির্দেশক এবং একক স্ফটিক নিকেল-ভিত্তিক সুপারঅ্যালয় নির্বাচন করা হয়। উচ্চ থ্রাস্ট-ওজন অনুপাত সহ ইঞ্জিনের উচ্চ তাপমাত্রা 1650 ℃ - 1930 ℃ এবং তাপ নিরোধক আবরণ দ্বারা সুরক্ষিত করা প্রয়োজন। শীতলকরণ এবং আবরণ সুরক্ষা পরিস্থিতিতে ব্লেড অ্যালয়ের পরিষেবা তাপমাত্রা 1100 ℃ এর বেশি, যা ভবিষ্যতে গাইড ব্লেড উপাদানের তাপমাত্রা ঘনত্বের খরচের জন্য নতুন এবং উচ্চতর প্রয়োজনীয়তার দিকে এগিয়ে যায়।
খ. টারবাইন ব্লেডের জন্য সুপার অ্যালয়
টারবাইন ব্লেড হল অ্যারো-ইঞ্জিনের মূল তাপ-বহনকারী ঘূর্ণায়মান অংশ। তাদের অপারেটিং তাপমাত্রা গাইড ব্লেডের তুলনায় 50 ℃ - 100 ℃ কম। ঘূর্ণায়মান অবস্থায় এগুলি প্রচুর কেন্দ্রাতিগ চাপ, কম্পনের চাপ, তাপীয় চাপ, বায়ুপ্রবাহ স্কোরিং এবং অন্যান্য প্রভাব সহ্য করে এবং কাজের অবস্থা খারাপ। উচ্চ থ্রাস্ট/ওজন অনুপাত সহ ইঞ্জিনের গরম প্রান্তের উপাদানগুলির পরিষেবা জীবন 2000 ঘন্টার বেশি। অতএব, টারবাইন ব্লেড অ্যালয়টিতে পরিষেবা তাপমাত্রায় উচ্চ ক্রিপ প্রতিরোধ এবং ভাঙ্গা শক্তি, উচ্চ এবং মাঝারি তাপমাত্রার ভাল বিস্তৃত বৈশিষ্ট্য, যেমন উচ্চ এবং নিম্ন চক্র ক্লান্তি, ঠান্ডা এবং গরম ক্লান্তি, পর্যাপ্ত প্লাস্টিকতা এবং প্রভাব শক্ততা এবং খাঁজ সংবেদনশীলতা থাকতে হবে; উচ্চ জারণ প্রতিরোধ এবং জারা প্রতিরোধ; ভাল তাপ পরিবাহিতা এবং রৈখিক প্রসারণের কম সহগ; ভাল ঢালাই প্রক্রিয়া কর্মক্ষমতা; দীর্ঘমেয়াদী কাঠামোগত স্থিতিশীলতা, পরিষেবা তাপমাত্রায় কোনও TCP ফেজ বৃষ্টিপাত নেই। প্রয়োগ করা অ্যালয় চারটি পর্যায়ে যায়; বিকৃত অ্যালয় অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে রয়েছে GH4033, GH4143, GH4118, ইত্যাদি; ঢালাই খাদের প্রয়োগের মধ্যে রয়েছে K403, K417, K418, K405, দিকনির্দেশনামূলকভাবে সলিডেড গোল্ড DZ4, DZ22, একক স্ফটিক খাদ DD3, DD8, PW1484, ইত্যাদি। বর্তমানে, এটি একক স্ফটিক খাদের তৃতীয় প্রজন্মে উন্নীত হয়েছে। চীনের একক স্ফটিক খাদ DD3 এবং DD8 যথাক্রমে চীনের টারবাইন, টার্বোফ্যান ইঞ্জিন, হেলিকপ্টার এবং জাহাজবাহিত ইঞ্জিনে ব্যবহৃত হয়।
3. টারবাইন ডিস্কের জন্য উচ্চ তাপমাত্রার খাদ
টারবাইন ডিস্ক হল টারবাইন ইঞ্জিনের সবচেয়ে চাপযুক্ত ঘূর্ণায়মান বিয়ারিং অংশ। 8 এবং 10 থ্রাস্ট ওজন অনুপাত সহ ইঞ্জিনের চাকা ফ্ল্যাঞ্জের কার্যক্ষম তাপমাত্রা 650 ℃ এবং 750 ℃ এ পৌঁছায় এবং চাকা কেন্দ্রের তাপমাত্রা প্রায় 300 ℃ হয়, যার তাপমাত্রার একটি বড় পার্থক্য থাকে। স্বাভাবিক ঘূর্ণনের সময়, এটি ব্লেডকে উচ্চ গতিতে ঘোরাতে চালিত করে এবং সর্বাধিক কেন্দ্রাতিগ বল, তাপীয় চাপ এবং কম্পনের চাপ বহন করে। প্রতিটি শুরু এবং থামানো একটি চক্র, চাকা কেন্দ্র। গলা, খাঁজ নীচে এবং রিম সবই বিভিন্ন যৌগিক চাপ বহন করে। পরিষেবা তাপমাত্রায় সর্বোচ্চ ফলন শক্তি, প্রভাব শক্ততা এবং কোনও খাঁজ সংবেদনশীলতা থাকা প্রয়োজন; কম রৈখিক সম্প্রসারণ সহগ; নির্দিষ্ট জারণ এবং জারা প্রতিরোধ ক্ষমতা; ভাল কাটিয়া কর্মক্ষমতা।
৪. মহাকাশ সুপারঅ্যালয়
তরল রকেট ইঞ্জিনের সুপারঅ্যালয় থ্রাস্ট চেম্বারে দহন চেম্বারের জ্বালানি ইনজেক্টর প্যানেল হিসেবে ব্যবহৃত হয়; টারবাইন পাম্প এলবো, ফ্ল্যাঞ্জ, গ্রাফাইট রাডার ফাস্টেনার ইত্যাদি। তরল রকেট ইঞ্জিনে উচ্চ তাপমাত্রার অ্যালয় থ্রাস্ট চেম্বারে জ্বালানি ইনজেক্টর প্যানেল হিসেবে ব্যবহৃত হয়; টারবাইন পাম্প এলবো, ফ্ল্যাঞ্জ, গ্রাফাইট রাডার ফাস্টেনার ইত্যাদি। GH4169 টারবাইন রটার, শ্যাফ্ট, শ্যাফ্ট স্লিভ, ফাস্টেনার এবং অন্যান্য গুরুত্বপূর্ণ বিয়ারিং অংশের উপাদান হিসেবে ব্যবহৃত হয়।
আমেরিকান তরল রকেট ইঞ্জিনের টারবাইন রোটর উপকরণগুলির মধ্যে প্রধানত ইনটেক পাইপ, টারবাইন ব্লেড এবং ডিস্ক অন্তর্ভুক্ত। GH1131 অ্যালয় বেশিরভাগই চীনে ব্যবহৃত হয় এবং টারবাইন ব্লেডটি কাজের তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে। ইনকোনেল x, অ্যালয়713c, অ্যাস্ট্রোলয় এবং মার-এম246 ধারাবাহিকভাবে ব্যবহার করা উচিত; চাকা ডিস্ক উপকরণগুলির মধ্যে রয়েছে ইনকোনেল 718, ওয়াসপালয় ইত্যাদি। GH4169 এবং GH4141 ইন্টিগ্রাল টারবাইনগুলি বেশিরভাগই ব্যবহৃত হয় এবং ইঞ্জিন শ্যাফ্টের জন্য GH2038A ব্যবহৃত হয়।