航空宇宙部品には熱処理に対する特に厳しい要件があるのはなぜですか?

1. 極端な作業環境では、材料の機能の限界が試されます。
熱処理技術では、航空宇宙部品の競合する多くの性能ニーズを同時に満たすのは困難です。
高温強度と耐クリープ性: タービンブレードは 1300 度の高温でも強度を維持する必要があります。熱処理には固溶・時効処理による析出強化相の形成が必要です。これにより、ニッケル-基の高温-合金は、クリープによって破損するまでの寿命が 3 倍以上長くなります。たとえば、特定のタイプの航空機エンジンブレードの高温耐久強度は、方向性凝固と熱処理後に 400MPa から 650MPa に増加しました。
密度を鋼のわずか 3 分の 1 に保ちながら降伏強度を 150MPa から 350MPa に高めるには、-アルミニウム合金の機体構造部品は T6 熱処理（固溶＋人工時効処理）を行う必要があります。. 7075 アルミニウム合金の熱処理後の比強度は 200MPa/(g/cm 3) です。これが、航空業界で最も一般的に使用されるアルミニウム合金である理由です。
着陸装置は 10 ⁷ サイクルの負荷に対応できる必要があり、熱処理プロセスではベイ​​ナイト等温焼入れにより下部ベイナイト + マルテンサイトの二相構造を作成する必要があります。これにより、40CrNi2MoA 鋼の疲労限界が 450MPa から 650MPa に上昇します。加熱後、模擬使用条件下に置くと、ある種の飛行機の着陸装置の破壊伝播率が 60% 減少しました。
2. 複雑な構造の場合、プロセス制御は特に困難になります。
航空宇宙部品の複雑な幾何学的特性は、熱処理の一貫性にとって重大な障害となります。
薄肉構造の変形の制御:-エンジン燃焼室の薄肉部品（壁厚 0.5 ～ 2 mm）は、冷却速度が異なるため、焼き入れ中に反る傾向があります。-真空高圧ガス焼き入れ技術は、窒素圧力 (2～6 bar) を慎重に管理して、薄肉部品が 0.3% ～ 0.05% 曲がりすぎないようにします。これは精密な組み立てに必要です。{8}}
ある種の航空エンジンのタービンディスクは直径 800mm、厚さ 200mm です。これは、すべてのエリアで均一に暖房が行われることを意味します。一般的な空気炉で加熱すると、中心部と表面の温度差が150℃にも及ぶこともあります。マルチゾーンインテリジェント温度制御真空炉に切り替えた後も、温度均一性は±5度以内に維持されます。これは組織の不均一性による早期失敗を阻止するためです。
内部キャビティの流路の加工が難しい：ブレードディスク全体の内部キャビティ冷却流路の幅はわずか 2 ～ 3 mm であるため、通常の熱処理では均一な組織を得ることが困難です。誘導加熱とスプレー焼入れ技術を使用して、流路の表面とコアの硬度の差を 15HRC から 5HRC に低減しました。これにより、流路の熱疲労に対する耐性が大幅に向上しました。
3. 品質トレーサビリティ要件は、ライフサイクル全体を通じて遵守する必要があります。
航空宇宙産業は、熱処理の品質をチェックするための完全な閉ループ システムを確立しています。{0}
プロセス データベースのサポート: ある航空製造会社は、2000 種類を超える材料で構成される熱処理プロセス データベースを作成しました。各プロセスは適切なパラメータを呼び出す必要があります。 TC4 チタン合金のベータ相転移温度は 980 ± 5 度です。データベースは固溶体温度を 975 ～ 985 度の間に正確に維持し、過剰燃焼や微細構造の粗大化を防ぎます。
完全なプロセス記録トレーサビリティ: 熱処理プロセス中、30 以上の事項を記録し、少なくとも 15 年間保存する必要があります。これらには、加熱曲線、冷却速度、真空度が含まれます。 5 年間使用した後、あるタイプのロケット エンジンのノズルが破損し始めました。熱処理記録を見ると、焼入れ媒体の濃度偏差は0.5%でした。これが亀裂の主な原因であることが最終的に判明しました。
非破壊検査は必須です。すべての重要な部品は 100% の確率で超音波で検査する必要があり、平底の穴の場合は最大 0.2 mm の感度が必要です。-加熱後のフェーズドアレイ超音波試験により、特定の航空ベアリングの粒界に 0.1 mm の微小亀裂が検出されました。重大な事故を防ぐために、再作業は時間通りに行われました。
4. 業界固有のニーズにより、テクノロジーの継続的な改善が促進されます。{1}
航空宇宙産業は、「三高一低」の方向に熱処理技術の進歩を推進しています。
高真空環境：チタン合金は600度以上の温度で酸素と容易に反応します。真空熱処理により酸素レベルを 10 ppm 以下に保つことができるため、TC11 チタン合金は疲労に対して 25% 強くなります。真空熱処理により、軌道上での特定の種類の衛星ブラケットの耐用年数が 5 年から 8 年に延長されました。
非常に正確な温度制御: 特殊なタイプの航空エンジンの単結晶ブレードを熱処理するには、温度を ± 1.5 度以内に保つ必要があります。赤外線温度監視と閉ループ管理システムを利用して、ブレードの初期アルファ相含有量の標準偏差を 3% から 0.5% に下げます。-これにより、ブレードの高温性能がより安定します。-
高エネルギービーム処理: レーザー表面強化技術により、部品上に最大 0.5 mm の深さの硬化層が形成される場合があります。これにより、特定の種類のヘリコプター用ギアの接触疲労寿命が 10 ⁷ 倍から 10 ⁸ 倍に延長され、15% 軽量化されます。
航空熱処理ではシアン化物を含む急冷媒体が完全に排除され、ポリビニル アルコール (PVA) 水溶液に切り替えられました。これにより、排水のCOD値が5000mg/Lから200mg/Lに低下し、環境規制に適合しました。