Metais refratários e ligas para a indústria aeroespacial

Metais refratários e ligas para a indústria aeroespacial

Metais refratários referem-se a metais com pontos de fusão acima de 2000 ° C. Eles incluem tungstênio , molibdênio , tântalo , nióbio, rênio e vanádio. As características comuns dos metais refratários e suas ligas são alto ponto de fusão, alta resistência em alta temperatura e boa resistência à corrosão de metais líquidos. A faixa de temperatura de uso é de 1100 ~ 320 ℃, que é muito mais alta do que a das superligas. portanto, eles são importantes materiais estruturais de alta temperatura para a indústria aeroespacial. Portanto, neste artigo, vamos dar uma olhada mais aprofundada nos metais e ligas refratários para a indústria aeroespacial .

Metais refratários e ligas para a indústria aeroespacial

Metais refratários e ligas para a indústria aeroespacial - 1. Tântalo e Tântalo Ligas

Liga de tântalo tem as características de resistência a altas temperaturas, boa resistência ao choque térmico e alta resistência à fluência, pequeno coeficiente de expansão e boa resistência ao choque térmico. No entanto, a liga não é resistente à oxidação acima de 500 ℃ e precisa ser protegida por um revestimento resistente à oxidação em sua superfície.

Para atender aos requisitos de resistência em alta temperatura e desempenho de fluência em alta temperatura, os Estados Unidos desenvolveram Ta-10W, Ta-12W, T-111, T-222 e ligas ASTAR811C. Além das ligas mencionadas, a antiga União Soviética também desenvolveu ligas Ta-3Nb-7.5V, Ta-15W, Ta-20W e Ta-10Hf-5W. A liga Ta-10W foi usada na câmara de combustão da espaçonave Ajina e no cone do míssil, no spoiler de gás do bico do motor do foguete e na câmara de combustão da Apollo.

Metais e ligas refratárias para a indústria aeroespacial - 2. Nióbio e ligas de nióbio

A liga de nióbio é o material de densidade mais baixa entre os metais refratários e ligas. Possui alta resistência em 1100-1650 ℃ e bom desempenho de soldagem. Tem boa plasticidade à temperatura ambiente e pode ser feito em placas finas e peças com formas complexas. Portanto, pode ser usado como material de proteção térmica e material estrutural preferencial em aeronaves supersônicas, veículos espaciais, satélites, mísseis e foguetes supersônicos de baixa altitude.

Para aplicações aeroespaciais, os Estados Unidos e a ex-União Soviética desenvolveram seus próprios sistemas de ligas de nióbio. As ligas de nióbio dos Estados Unidos usam W, Mo e Hf como os principais elementos de reforço, e a Rússia usa W, Mo e Zr como os principais elementos adicionais.

Metais e ligas refratárias para a indústria aeroespacial - 3. Molibdênio e ligas de molibdênio

Embora a temperatura do ponto de fusão do molibdênio seja inferior à do tungstênio e do tântalo, ela tem baixa densidade, alto módulo de elasticidade, baixo coeficiente de expansão e propriedades superiores de fluência em alta temperatura . A liga pode ser soldada e a resistência e a plasticidade da solda atendem aos requisitos. E o desempenho do processo é melhor do que o do tungstênio. Suas desvantagens são a fragilização em baixa temperatura e a oxidação em alta temperatura.

Existem muitos tipos de ligas de molibdênio desenvolvidas na Rússia. Além das principais adições de elementos Ti, Zr, C e Re, uma pequena quantidade de Ni, B, Nb, etc. também é adicionada para modificar os materiais. Os graus de liga são classificados de acordo com o conteúdo dos elementos de liga. Existem 14 tipos de ligas. Em comparação com a Rússia, há menos ligas de molibdênio desenvolvidas nos Estados Unidos, incluindo 6 ligas como as séries TZM, Mo-30W, TZC, HCM e Mo-41 ~ 50Re.

Metais e ligas refratárias para a indústria aeroespacial - 4. Tungstênio e ligas de tungstênio

O tungstênio é o metal mais resistente ao calor. O tungstênio tem alta densidade (19,3gcm3). Sua resistência é a mais alta entre os metais refratários. Possui um alto módulo de elasticidade, um pequeno coeficiente de expansão e uma baixa pressão de vapor. As desvantagens são fragilidade em baixa temperatura e oxidação em alta temperatura. Os elementos de liga podem melhorar significativamente a resistência ao desgaste e à corrosão das ligas de tungstênio. Na indústria aeroespacial, o tungstênio e suas ligas podem ser usados ​​para fazer bicos de foguete sem resfriamento, anéis de íons de motores de foguetes de íons, lâminas de jato e anéis de posicionamento, refletores de gás quente e lemes de gás.

Usar tungstênio em vez de molibdênio como a bucha de entrada e o revestimento da garganta de um motor de foguete sólido pode aumentar a temperatura do material de 1760 ℃ para mais de 3320 ℃. Por exemplo, o bico do míssil americano Polaris A-3 é feito de tubos de tungstênio de alta temperatura com 10% a 15% de penetração de prata; os bocais do foguete na espaçonave Apollo também são feitos de tungstênio. A United Aircraft Corporation dos Estados Unidos desenvolveu um cobre-tungstênio material composto usado como o defletor do bocal de um motor de foguete, que pode suportar uma temperatura de combustão que excede o ponto de fusão do tungstênio em 3400 ℃.

Metais e ligas refratárias para a indústria aeroespacial - 5. Rênio e ligas de rênio

O rênio tem um ponto de fusão de 3180 ° C e não tem temperatura de transição crítica quebradiça. Tem boa resistência à fluência sob condições de alta temperatura e frio extremo e calor extremo e é adequado para ambientes de trabalho com temperatura ultra-alta e forte choque térmico. O rênio é quimicamente inerte para a maioria dos gases combustíveis, exceto o oxigênio. A resistência à tração à temperatura ambiente do rênio é 1172 MPa e ainda tem uma resistência de 48 MPa a 2200 ℃. A 2200 ℃, os bicos do motor feitos de rênio podem suportar 100.000 ciclos de fadiga térmica.

O rênio e suas ligas são usados ​​principalmente em componentes aeroespaciais, vários componentes sensíveis ao calor de propulsão sólida e revestimentos antioxidantes. A folha de rênio preparado na China foi usado com sucesso para recuperar satélites. A liga Re-Mo ainda tem alta resistência mecânica de até 2.000 ℃ e pode ser usada como peças de alta temperatura de aeronaves supersônicas e mísseis. O rênio metálico é resistente à corrosão do hidrogênio quente e tem baixa permeabilidade ao hidrogênio. Ele pode ser usado para fazer peças de trocadores de calor para foguetes solares. Por meio dessa parte do trocador de calor, a energia térmica da radiação solar é transferida para o gás hidrogênio e, em seguida, o gás hidrogênio é sugado para o tubo de rênio , que gera impulso. A temperatura máxima de trabalho do tubo de rênio pode chegar a 2500 ℃.

Conclusão

Obrigado por ler nosso artigo e esperamos que ele possa ajudá-lo a compreender melhor os metais e ligas refratários para a indústria aeroespacial . Se você quiser saber mais sobre metais refratários e ligas, gostaríamos de aconselhá-lo a visitar Metais refratários avançados ( ARM ) Para maiores informações.

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