Aleaciones y metales refractarios para la industria aeroespacial

Aleaciones y metales refractarios para la industria aeroespacial

Metales refractarios se refieren a metales con puntos de fusión superiores a 2000 ° C. Incluyen tungsteno , molibdeno , tantalio , niobio, renio y vanadio. Las características comunes de los metales refractarios y sus aleaciones son un alto punto de fusión, una alta resistencia a altas temperaturas y una buena resistencia a la corrosión de los metales líquidos. Su rango de temperatura de uso es de 1100 ~ 320 ℃, que es mucho más alto que el de las superaleaciones. por lo tanto, son importantes materiales estructurales de alta temperatura para la industria aeroespacial. En este artículo, analicemos en profundidad los metales refractarios y aleaciones para la industria aeroespacial .

Metales y aleaciones refractarios para la industria aeroespacial

Aleaciones y metales refractarios para la industria aeroespacial:1. Tantalio y Tantalio Aleaciones

Aleación de tantalio tiene las características de alta resistencia a altas temperaturas, buena resistencia al choque térmico y alta resistencia a la fluencia, pequeño coeficiente de expansión y buena resistencia al choque térmico. Sin embargo, la aleación no es resistente a la oxidación por encima de 500 ℃ y debe protegerse con un revestimiento resistente a la oxidación en su superficie.

Para cumplir con los requisitos de resistencia a altas temperaturas y rendimiento de fluencia a altas temperaturas, Estados Unidos ha desarrollado Ta-10W, Ta-12W, T-111, T-222 y aleaciones ASTAR811C. Además de las aleaciones antes mencionadas, la ex Unión Soviética también desarrolló aleaciones Ta-3Nb-7.5V, Ta-15W, Ta-20W y Ta-10Hf-5W. La aleación Ta-10W se ha utilizado en la cámara de combustión de la nave espacial Ajina y el cono de la nariz del misil, el spoiler de gas de la boquilla del motor cohete y la cámara de combustión del Apolo.

Metales y aleaciones refractarios para la industria aeroespacial - 2. Niobio y aleaciones de niobio

La aleación de niobio es el material de menor densidad entre los metales refractarios y las aleaciones. Tiene una alta resistencia a 1100-1650 ℃ y un buen rendimiento de soldadura. Tiene una buena plasticidad a temperatura ambiente y se puede convertir en placas delgadas y piezas con formas complejas. Por lo tanto, se puede utilizar como material de protección térmica y material estructural preferido en aviones supersónicos, vehículos espaciales, satélites, misiles y cohetes supersónicos de baja altitud.

Para aplicaciones aeroespaciales, los Estados Unidos y la ex Unión Soviética han desarrollado sus propios sistemas de aleaciones de niobio. Las aleaciones de niobio de los Estados Unidos usan W, Mo y Hf como los principales elementos de refuerzo, y Rusia usa W, Mo y Zr como los principales elementos adicionales.

Metales refractarios y aleaciones para la industria aeroespacial - 3. Molibdeno y aleaciones de molibdeno

Aunque la temperatura del punto de fusión del molibdeno es más baja que la del tungsteno y el tantalio, tiene baja densidad, alto módulo elástico, bajo coeficiente de expansión y propiedades superiores de fluencia a alta temperatura . La aleación se puede soldar y la resistencia y plasticidad de la soldadura cumplen con los requisitos. Y el rendimiento del proceso es mejor que el del tungsteno. Sus desventajas son la fragilización grave a baja temperatura y la oxidación a alta temperatura.

Hay muchos tipos de aleaciones de molibdeno desarrolladas en Rusia. Además de las principales adiciones de elementos Ti, Zr, C y Re, también se agrega una pequeña cantidad de Ni, B, Nb, etc. para modificar los materiales. Los grados de aleación se clasifican según el contenido de elementos de aleación. Hay 14 tipos de aleaciones. En comparación con Rusia, hay menos aleaciones de molibdeno desarrolladas en los Estados Unidos, incluidas 6 aleaciones como las series TZM, Mo-30W, TZC, HCM y Mo-41 ~ 50Re.

Aleaciones y metales refractarios para la industria aeroespacial - 4. Tungsteno y aleaciones de tungsteno

El tungsteno es el metal más resistente al calor. El tungsteno tiene una alta densidad (19,3 gcm3). Su fuerza es la más alta entre los metales refractarios. Tiene un módulo elástico alto, un coeficiente de expansión pequeño y una presión de vapor baja. Las desventajas son la fragilidad a baja temperatura y la oxidación a alta temperatura. Los elementos de aleación pueden mejorar significativamente la resistencia al desgaste y a la corrosión de las aleaciones de tungsteno. En la industria aeroespacial, el tungsteno y sus aleaciones se pueden utilizar para fabricar boquillas de cohetes sin enfriamiento, anillos de iones de motores de cohetes de iones, palas de reacción y anillos de posicionamiento, reflectores de gas caliente y timones de gas.

El uso de tungsteno en lugar de molibdeno como buje de entrada y revestimiento de la garganta de un motor cohete sólido puede aumentar la temperatura del material de 1760 ℃ a más de 3320 ℃. Por ejemplo, la boquilla del misil estadounidense Polaris A-3 está hecha de tubos de tungsteno de alta temperatura con una penetración de plata del 10% al 15%; las boquillas de los cohetes de la nave espacial Apollo también están hechas de tungsteno. United Aircraft Corporation de los Estados Unidos ha desarrollado un tungsteno-cobre material compuesto utilizado como deflector de boquilla de un motor de cohete, que puede soportar una temperatura de combustión que excede el punto de fusión del tungsteno en 3400 ℃.

Metales y aleaciones refractarios para la industria aeroespacial - 5. Renio y aleaciones de renio

El renio tiene un punto de fusión de 3180 ° C y no tiene una temperatura de transición crítica frágil. Tiene una buena resistencia a la fluencia en condiciones de alta temperatura, frío extremo y calor extremo y es adecuado para entornos de trabajo de temperatura ultra alta y fuerte choque térmico. El renio es químicamente inerte a la mayoría de los gases combustibles, excepto al oxígeno. La resistencia a la tracción del renio a temperatura ambiente es de 1172 MPa, y todavía tiene una resistencia de 48 MPa a 2200 ℃. A 2200 ℃, las boquillas del motor hechas de renio pueden soportar 100.000 ciclos de fatiga térmica.

El renio y sus aleaciones se utilizan principalmente en componentes aeroespaciales, varios componentes sensibles al calor de propulsión sólida y recubrimientos antioxidantes. La lámina de renio preparado en China se ha utilizado con éxito para recuperar satélites. La aleación Re-Mo todavía tiene una alta resistencia mecánica hasta 2000 ℃ y puede usarse como partes de alta temperatura de aviones supersónicos y misiles. El renio metálico es resistente a la corrosión por hidrógeno caliente y tiene una baja permeabilidad al hidrógeno. Se puede utilizar para fabricar piezas de intercambiadores de calor para cohetes solares. A través de esta parte del intercambiador de calor, la energía térmica de la radiación solar se transfiere al gas hidrógeno, y luego el gas hidrógeno se aspira al tubo de renio , que genera empuje. La temperatura máxima de trabajo del tubo de renio puede alcanzar los 2500 ℃.

Conclusión

Gracias por leer nuestro artículo y esperamos que pueda ayudarlo a comprender mejor los metales refractarios y aleaciones para la industria aeroespacial . Si desea saber más sobre metales refractarios y aleaciones, nos gustaría aconsejarle que visite Metales refractarios avanzados ( BRAZO ) para obtener más información.

Con sede en Lake Forest, California, EE. UU., Advanced Refractory Metals (ARM) es un fabricante y proveedor líder de metales y aleaciones refractarios en todo el mundo. Proporciona a los clientes metales refractarios y aleaciones de alta calidad como molibdeno, tantalio, renio , tungsteno, titanio, y circonio a un precio muy competitivo.