항공우주 부품의 열처리 요구사항이 특히 엄격한 이유는 무엇입니까?

1. 극한의 작업 환경은 재료의 성능 한계를 테스트합니다.
열처리 기술은 항공우주 부품의 다양한 성능 요구 사항을 동시에 충족하는 데 어려움을 겪습니다.
고온 강도 및 크리프 저항성: 터빈 블레이드는 1300도의 고온에서도 견고함을 유지해야 합니다. 열처리는 고용체와 시효처리를 통해 '상 석출 강화'를 형성해야 합니다. 이로 인해 니켈-기반 고온-합금이 크리프로 인해 파손되기 전까지 3배 이상 오래 지속될 수 있습니다. 예를 들어, 특정 유형의 항공기 엔진 블레이드의 고온 내구성 강도는- 직접 응고 및 열처리 후에 400MPa에서 650MPa로 향상되었습니다.
밀도를 강철의 1/3로 유지하면서 항복 강도를 150MPa에서 350MPa로 높이려면{2}}알루미늄 합금 동체 구조 부품은 T6 열처리(고용체 + 인공 시효)를 거쳐야 합니다.{4}} 알루미늄 합금은 열처리 후 비강도가 200MPa/(g/cm 3)입니다. 이것이 항공 산업에서 사용되는 가장 일반적인 알루미늄 합금인 이유입니다.
랜딩기어는 10 7주기의 하중을 감당할 수 있어야 하며, 열처리 공정에서는 베이나이트 등온 담금질을 통해 하부 베이나이트+마르텐사이트 이중상 구조를 만들어야 합니다. 이는 40CrNi2MoA 강의 피로 한계를 450MPa에서 650MPa로 높입니다. 가열 후 모의 사용 조건에 놓였을 때 특정 유형의 비행기 랜딩 기어의 파손 전파율이 60% 감소했습니다.
2. 복잡한 구조에서는 공정 제어가 특히 어렵습니다.
항공우주 부품의 복잡한 기하학적 특성은 열처리의 일관성에 심각한 장애물을 제시합니다.
얇은-벽 구조의 변형 제어: 엔진 연소실의 얇은-벽 부품(벽 두께 0.5~2mm)은 서로 다른 속도로 냉각되기 때문에 담금질 중에 휘어지는 경향이 있습니다. 진공 고압-가스 담금질 기술은 질소 압력(2~6bar)을 세심하게 관리하여 벽이 얇은 부품이 정밀 조립에 필요한 0.3%~0.05%(0.3%~0.05%)까지 너무 많이 구부러지지 않도록 합니다.
특정 유형의 항공 엔진의 터빈 디스크는 직경이 800mm이고 두께가 200mm입니다. 이는 난방이 모든 영역에 걸쳐 균일하다는 것을 의미합니다. 일반적인 공기로로 가열할 때 코어와 표면 사이의 온도 차이는 섭씨 150도에 이를 수 있습니다. 다중- 구역 지능형 온도 제어 진공로로 전환한 후 온도 균일성은 ± 5도 이내로 유지됩니다. 고르지 못한 조직으로 인한 조기 실패를 막기 위함이다.
내부 캐비티의 유로 가공이 어려움: 전체 블레이드 디스크의 내부 캐비티 냉각 유로의 폭은 2~3mm에 불과하므로 일반적인 열처리로는 균일한 조직을 얻기가 어렵습니다. 유도 가열 및 분무 담금질 기술을 사용하여 유동 채널 표면과 코어 사이의 경도 차이가 15HRC에서 5HRC로 낮아졌습니다. 이로 인해 흐름 채널이 열 피로에 대한 저항력이 훨씬 더 커졌습니다.
3. 전체 수명주기 동안 품질 추적성 요구 사항을 준수해야 합니다.
항공우주 산업에서는 열처리 품질을 확인하기 위해 완전 폐쇄형-루프 시스템을 설정했습니다.
공정 데이터베이스 지원: 한 항공 제조 회사는 2000가지 이상의 다양한 재료로 구성된 열처리 공정 데이터베이스를 만들었습니다. 각 프로세스는 올바른 매개변수를 호출해야 합니다. TC4 티타늄 합금의 베타 상전이 온도는 980±5도입니다. 데이터베이스는 고용체 온도를 975도에서 985도 사이로 정확하게 유지하여 과도한 연소나 미세구조 조대화를 방지합니다.
전체 공정 기록 추적성: 열처리 공정 중 30개 이상의 항목을 기록하고 최소 15년 동안 보관해야 합니다. 여기에는 가열 곡선, 냉각 속도 및 진공도가 포함됩니다. 5년을 사용한 후 특정 유형의 로켓 엔진 노즐이 파손되기 시작했습니다. 열처리 기록을 살펴보면 담금질 매체의 농도 편차는 0.5%인 것으로 나타났다. 이것이 균열의 주요 원인으로 밝혀졌습니다.
비파괴 검사는 필수입니다. 모든 중요한 부품은 100% 초음파로 검사해야 하며 바닥이 평평한 구멍의 경우 감도는 최대 0.2mm입니다.{3}} 가열 후 위상 배열 초음파 테스트를 통해 특정 항공 베어링의 결정립 경계에서 0.1mm의 미세한 균열이 감지되었습니다. 심각한 사고를 예방하기 위해 재작업이 적시에 이루어졌습니다.
4. 산업별-특정 요구는 기술의 지속적인 개선을 촉진합니다.
항공우주 산업은 "3고 1저" 방향으로 열처리 기술의 발전을 추진하고 있습니다.
고진공 환경: 티타늄 합금은 600도 이상의 온도에서 산소와 쉽게 반응합니다. 진공 열처리를 통해 산소 수준을 10ppm 미만으로 유지할 수 있어 TC11 티타늄 합금이 피로에 대해 25% 더 강해졌습니다. 진공 열처리를 통해 궤도에 있는 특정 유형의 위성 브래킷의 작동 수명이 5년에서 8년으로 늘어났습니다.
매우 정밀한 온도 제어: 특수 유형의 항공 엔진 단결정 블레이드를 열처리하려면 온도가 ± 1.5도 이내로 유지되어야 합니다. 적외선 온도 모니터링 및 폐쇄{2}}루프 관리 시스템을 활용하여 블레이드의 초기 알파 위상 함량의 표준 편차를 3%에서 0.5%로 낮췄습니다. 이로 인해 블레이드의 고온-온도 성능이 훨씬 더 안정적이게 됩니다.
고에너지 빔 처리: 레이저 표면 강화 기술로 부품에 최대 0.5mm 깊이의 경화층을 생성할 수 있습니다. 이는 특정 유형의 헬리콥터 장비의 접촉 피로 수명을 10 ⁸ 배에서 10 ⁸ 배로 늘리고 15% 더 가볍게 만듭니다.
항공열처리는 시안화물이 포함된 담금질 매체를 완전히 제거하고 폴리비닐알코올(PVA) 수용액으로 전환했습니다. 이를 통해 폐수의 COD 값을 5000mg/L에서 200mg/L로 낮추어 환경 규정에 부합하게 되었습니다.