Per què les peces aeroespacials tenen requisits especialment estrictes per al tractament tèrmic?

1. Les circumstàncies de treball extremes posen a prova els límits del bon funcionament dels materials.
Les tècniques de tractament tèrmic tenen dificultats per satisfer les moltes necessitats de rendiment de les peces aeroespacials al mateix temps.
Resistència a alta temperatura i resistència a la fluència: les pales de la turbina han de mantenir-se fortes a una temperatura elevada de 1300 graus. El tractament tèrmic ha de formar un enfortiment de la precipitació en fase mitjançant una solució sòlida i un tractament d'envelliment. Això pot fer que els aliatges d'alta-temperatura basats en níquel-durin més de tres vegades abans que es trenquin a causa de la fluïdesa. Per exemple, la resistència a alta -temperatura d'un determinat tipus de pala de motor d'avió va passar de 400 MPa a 650 MPa després de la solidificació dirigida i el tractament tèrmic.
Per augmentar el límit elàstic de 150MPa a 350MPa, mantenint la densitat només un-terç de la de l'acer, les peces estructurals del fuselatge d'aliatge d'alumini han de passar per un tractament tèrmic T6 (solució sòlida més envelliment artificial). 7075 l'aliatge d'alumini té una resistència específica de 200MPa/)(g/cm³ després del tractament tèrmic). Per això és l'aliatge d'alumini més utilitzat en la indústria aeronàutica.
El tren d'aterratge ha de ser capaç de gestionar 10 ⁷ cicles de càrrega, i el procés de tractament tèrmic ha de crear una estructura de fase dual de bainita + martensita inferior mitjançant l'extinció isotèrmica de bainita. Això augmenta el límit de fatiga de l'acer 40CrNi2MoA de 450MPa a 650MPa. Després de l'escalfament, la taxa de propagació de fractures d'un determinat tipus de tren d'aterratge d'avió es va reduir un 60% quan es va posar en condicions de servei simulades.
2. El control del procés és particularment més difícil amb estructures complicades.
Les intricades característiques geomètriques dels components aeroespacials presenten un obstacle important per a la consistència del tractament tèrmic:
Control de la deformació de les estructures de paret-fines: les peces de paret-fines (amb gruixos de paret de 0,5 a 2 mm) a les cambres de combustió del motor tendeixen a deformar-se durant l'extinció perquè es refreden a diferents velocitats. La tecnologia d'extinció de gas-alta pressió al buit gestiona acuradament la pressió de nitrogen (2-6 bar) per evitar que les parts de paret fines-es dobleguin massa, del 0,3% al 0,05%, que és el que es necessita per a un muntatge de precisió.
El disc de la turbina d'un determinat tipus de motor d'aviació té un diàmetre de 800 mm i un gruix de 200 mm. Això vol dir que la calefacció és uniforme en totes les zones. Quan s'escalfa amb un forn d'aire típic, la diferència de temperatura entre el nucli i la superfície pot ser de fins a 150 graus centígrads. La uniformitat de la temperatura es manté dins de ± 5 graus després de canviar a un forn de buit de control de temperatura intel·ligent multi-zona. Això és per aturar el fracàs primerenc causat per una organització desigual.
Difícil de processar els canals de flux a la cavitat interior: el canal de flux de refrigeració de la cavitat interna de tot el disc de la fulla té només 2-3 mm d'ample, per tant, és difícil aconseguir una organització uniforme amb un tractament tèrmic normal. Utilitzant tècniques d'escalfament per inducció i extinció de polvorització, la diferència de duresa entre la superfície i el nucli del canal de flux es va reduir de 15HRC a 5HRC. Això va fer que el canal de flux fos molt més resistent a la fatiga tèrmica.
3. Els requisits de traçabilitat de qualitat s'han de seguir durant tot el cicle de vida.
La indústria aeroespacial ha establert un sistema de bucle tancat-complet per comprovar la qualitat del tractament tèrmic:
Suport a la base de dades de processos: una empresa de fabricació d'aviació ha creat una base de dades de processos de tractament tèrmic que inclou més de 2000 varietats de materials. Cada procés ha de cridar els paràmetres adequats. La temperatura de transició de fase beta de l'aliatge de titani TC4 és de 980 ± 5 graus. La base de dades manté amb precisió la temperatura de la solució sòlida entre 975 i 985 graus per evitar la combustió excessiva o l'engruiximent de la microestructura.
Traçabilitat del registre del procés complet: cal registrar i conservar més de 30 coses durant almenys 15 anys durant el procés de tractament tèrmic. Aquests inclouen la corba de calefacció, la velocitat de refrigeració i el grau de buit. Després de cinc anys d'ús, un determinat tipus de broquet del motor de coets va començar a trencar-se. En observar els registres de tractament tèrmic, es va trobar que la desviació de la concentració del medi d'extinció era del 0,5%. Finalment es va trobar que aquesta era la principal causa de l'esquerda.
Les proves no-destructives són imprescindibles: totes les peces importants s'han de provar amb ones ultrasòniques el 100% del temps, amb una sensibilitat de fins a 0,2 mm per als forats de fons pla-. Després d'escalfar-se, una prova d'ultrasons de matriu en fase va detectar una micro esquerda de 0,1 mm al límit del gra d'un coixinet d'aviació específic. Es va fer una reelaboració puntual per evitar accidents greus.
4. Les necessitats específiques-de la indústria motiven la millora constant de la tecnologia.
La indústria aeroespacial està impulsant l'avenç de les tecnologies de tractament tèrmic en la direcció de "tres màxims i un baix":
Entorn d'alt buit: l'aliatge de titani reacciona fàcilment amb l'oxigen a temperatures superiors als 600 graus. El tractament tèrmic al buit pot mantenir el nivell d'oxigen per sota de 10 ppm, cosa que fa que l'aliatge de titani TC11 sigui un 25% més fort contra la fatiga. El tractament tèrmic al buit ha augmentat la vida operativa d'un determinat tipus de suport de satèl·lit en òrbita de 5 a 8 anys.
Control de temperatura molt precís: per tractar tèrmicament un tipus especial de fulla d'un sol cristall de motor d'aviació, la temperatura ha de mantenir-se dins de ± 1,5 graus. S'utilitza un sistema de control de la temperatura infraroja i un sistema de gestió de bucle tancat-per reduir la desviació estàndard del contingut de fase alfa inicial de la fulla del 3% al 0,5%. Això fa que el rendiment de la fulla a alta-temperatura sigui molt més estable.
Processament de feix d'alta energia: la tecnologia làser de reforç de la superfície pot crear una capa endurida de fins a 0,5 mm de profunditat a la peça. Això augmenta la vida útil de la fatiga de contacte d'un determinat tipus d'equip d'helicòpter de 10 ⁷ vegades a 10 ⁸ vegades i el fa un 15% més lleuger.
El tractament tèrmic de l'aviació s'ha desfet per complet dels mitjans d'extinció que contenen cianur i s'ha canviat a una solució aquosa d'alcohol polivinílic (PVA). Això ha reduït el valor de DQO de les aigües residuals de 5000 mg/L a 200 mg/L, la qual cosa s'ajusta a les normes ambientals.