Зашто делови за ваздухопловство имају посебно строге захтеве за топлотну обраду?

1. Екстремне радне околности тестирају границе колико добро материјали функционишу.
Технике топлотног третмана тешко могу истовремено задовољити многе конкурентне потребе за перформансама делова ваздухопловства.
Чврстоћа на високој температури и отпорност на пузање: лопатице турбине морају да остану јаке на високој температури од 1300 степени. Топлотна обрада треба да формира 'фазу јачања преципитације кроз чврсти раствор и третман старењем. Ово може да учини да легуре на високој температури на бази никла-на бази{4} трају више од три пута дуже пре него што се сломе услед пузања. На пример, отпорност на високе{6}}температуре одређеног типа лопатице мотора авиона отишла је са 400МПа на 650МПа након усмереног очвршћавања и топлотне обраде.
Да би се повећала граница повлачења са 150МПа на 350МПа, а да се густина задржи на само једној-трећини од челика, структурни делови трупа од алуминијумске легуре морају проћи кроз Т6 термичку обраду (чврсти раствор плус вештачко старење). 7075 легура алуминијума има специфичну чврстоћу од 20 МПа/цм³(г/цм) након топлотне обраде. Због тога је то најчешћа легура алуминијума која се користи у ваздухопловној индустрији.
Стајни трап треба да буде у стању да издржи 10 ⁷ циклуса оптерећења, а процес термичке обраде треба да створи нижу двофазну структуру бејнит+мартензит кроз изотермно гашење бенита. Ово подиже границу замора 40ЦрНи2МоА челика са 450МПа на 650МПа. Након загревања, брзина ширења лома одређеног типа стајног трапа авиона опала је за 60% када се стави у симулиране услове рада.
2. Контрола процеса је посебно тежа код компликованих структура.
Сложене геометријске карактеристике ваздухопловних компоненти представљају значајну препреку конзистентности топлотног третмана:
Контролисање деформације танкозидних-структура: Танки-делови (са дебљином зида од 0,5 до 2 мм) у коморама за сагоревање мотора имају тенденцију да се деформишу током гашења јер се хладе различитим брзинама. Вакуумска технологија гасног гашења под високим{5}}притиском пажљиво управља притиском азота (2–6 бара) како би спречила претерано савијање делова танких{8}}зидова, од 0,3% до 0,05%, што је оно што је потребно за прецизну монтажу.
Турбински диск одређеног типа авио мотора има пречник 800мм и дебљину 200мм. То значи да је грејање равномерно у свим просторима. Када се греје са типичном ваздушном пећи, разлика у температури између језгра и површине може бити чак 150 степени Целзијуса. Уједначеност температуре се одржава унутар ± 5 степени након преласка на вишезонску вакуумску пећ за интелигентну контролу температуре. Ово је за заустављање раног неуспеха изазваног неуједначеном организацијом.
Тешко је обрадити проточне канале у унутрашњој шупљини: Проточни канал за хлађење унутрашње шупљине целог диска са лопатицама је широк само 2–3 мм, стога је тешко постићи уједначену организацију нормалном топлотном обрадом. Користећи технике индукционог загревања и гашења распршивањем, разлика у тврдоћи између површине проточног канала и језгра је смањена са 15ХРЦ на 5ХРЦ. Ово је учинило канал протока далеко отпорнијим на термички замор.
3. Захтеви за следљивост квалитета морају се поштовати током целог животног циклуса.
Ваздухопловна индустрија је поставила потпуно затворен{0}}систем за проверу квалитета топлотног третмана:
Подршка бази података процеса: Једна компанија за производњу ваздухопловства направила је базу података процеса термичке обраде која се састоји од више од 2000 врста материјала. Сваки процес мора позвати праве параметре. Температура бета фазног прелаза легуре титанијума ТЦ4 је 980 ± 5 степени. База података прецизно одржава температуру чврстог раствора између 975 и 985 степени да би се спречило прекомерно сагоревање или грубо микроструктуре.
Потпуна следљивост записа процеса: Више од 30 ствари треба да се забележи и чува најмање 15 година током процеса топлотне обраде. То укључује криву грејања, брзину хлађења и степен вакуума. После пет година употребе, одређена врста млазнице ракетног мотора почела је да се квари. Увидом у записе о термичкој обради, утврђено је да је одступање концентрације медијума за гашење 0,5%. Коначно је утврђено да је ово главни узрок пукотине.
Не-тестирање без разарања је обавезно: Сви важни делови морају да се тестирају ултразвучним таласима 100% времена, са осетљивошћу до 0,2 мм за рупе са равним-доном. Након загревања, ултразвучни тест фазног низа открио је микро пукотину од 0,1 мм на граници зрна специфичног ваздухопловног лежаја. Прерада је обављена на време како би се спречиле озбиљне незгоде.
4. Потребе{1}}специфичне за индустрију мотивишу стално унапређење технологије.
Ваздушна индустрија се залаже за унапређење технологија топлотног третмана у правцу „три максимума и једног ниског“:
Високо вакуумско окружење: Титанијумска легура лако реагује са кисеоником на температурама изнад 600 степени. Вакумска топлотна обрада може задржати ниво кисеоника испод 10 ппм, што чини легуру титанијума ТЦ11 25% јачом против умора. Вакумска топлотна обрада повећала је радни век одређеног типа сателитског носача у орбити са 5 година на 8 година.
Веома прецизна контрола температуре: За термичку обраду посебног типа сечива од једног кристала за ваздухопловство, температура мора остати унутар ± 1,5 степени. Инфрацрвени надзор температуре и систем управљања затвореном{2}}петљом се користе за смањење стандардне девијације почетног садржаја алфа фазе лопатице са 3% на 0,5%. Ово чини перформансе сечива на високим{6}}температурама много стабилнијим.
Обрада високоенергетског снопа: Технологија ласерског површинског ојачавања може створити очврснути слој до 0,5 мм дубине на делу. Ово повећава век трајања контактног замора одређеног типа хеликоптерске опреме од 10⁷ пута до 10⁸ пута и чини га 15% лакшим.
Термичка обрада у ваздухопловству је у потпуности ослободила медијума за гашење који садржи цијанид и прешла на водени раствор поливинил алкохола (ПВА). Ово је смањило вредност КПК отпадних вода са 5000 мг/Л на 200 мг/Л, што је у складу са еколошким правилима.