SuperAlloys on kõrge - jõudlusmaterjalide klass, mis on määratletud nende erandliku võimega vastu pidadaÄärmuslik termiline, mehaanilised ja söövitavad tingimused- atribuudid, mis muudavad need asendamatuks sellistes tööstusharudes nagu lennundus, energia ja arenenud tootmine. Nende põhiomadused hõlmavad:
Silmapaistev kõrge - temperatuuri tugevus ja libisemiskindlus: See on nende kõige määratlevam omadus. Superrallosid säilitavad konstruktsiooni terviklikkuse ja mehaanilise tugevuse (tõmbesaak) temperatuuridel kuni 1200 ° C (2192 ° F), ületades kaugelt tavapäraseid metalle. Selle jaoks on kriitiline nende mikrostrukturaalne disain: nikkel - põhinevad superallosid tuginevad näiteks peenetele, stabiilsetele metallidevahelistele sademetele (nt γ '- ni₃ (al, tI) või γ -"{8}} ni₃nb, mis on ka see, et need on suured, kui see on kajastatud. Vastupanu - takistus aeglasele püsivale deformatsioonile püsiva kõrge temperatuuri ja stressi korral -, tagades pika kasutusaega koormuses - laagikomponendid nagu turbiinterad.
Parem termiline stabiilsus: Erinevalt paljudest lagunevatest sulamitest (nt pehmendavad, pragunevad) tsüklilise kuumutamise/jahutamisega, säilitavad superallys oma mikrostruktuuri ja omadusi pikaajalise kokkupuutega ultra - kõrge temperatuuri ja termilise tsükliga. See stabiilsus väldib enneaegset rike termilise väsimusest, mis on peamine nõue komponentide jaoks nagu raketipõlemiskambrid või elektrijaamade katlatorud.
Tugev oksüdatsioon ja kuum korrosioonikindlus: Superrallosid sisaldavad kroomi (CR), alumiiniumi (Al) või räni (Si), mis reageerivad hapnikuga, moodustades pinnale tiheda, kleepuva oksiidikihi (nt CR₂O₃, al₂o₃). See kiht toimib barjäärina, kaitstes sulamit oksüdatiivse rünnaku ja korrosiooni eest kõrge - temperatuurgaaside (nt turbiini heitgaaside), sula soolade või söövitavate süsivesinikega - kriitilise tähtsusega karmide keskkondade jaoks, näiteks Plerokeemilised reaktorid.
Mitmekesine alus - metallkompositsioone sihitud legeerimisega: Enamik superlalle kuulub kolme kategooriasse, millest igaüks on konkreetsete vajaduste jaoks optimeeritud:
Nikkel - põhineb: Kõige tavalisem tüüp (nt Inconel® 718, GH4049), hinnatud tasakaalustatud kõrge - temperatuuri tugevuse ja korrosioonikindluse jaoks.
Koobalt - põhineb: Paistab äärmise kuuma korrosiooni korral (nt Haynes® 188), mida sageli kasutatakse gaasiturbiini statsionaarsetes osades.
Raud - nikkel - põhineb: Pakub kulusid - efektiivsust - temperatuurirakenduste jaoks (nt INCOLOY® 800H), mis sobib ideaalselt soojusvahetite jaoks.
Tugevuse või stabiilsuse suurendamiseks lisatakse täiendavaid elemente (volfram, rhenium, molübdeen), samas kui mikroelemendid (booron, tsirkoonium) parandavad tera - piiri tugevust.
Keerukate komponentide töötletavus: Vaatamata nende suurele tugevusele saab superlalle valmistada sepistamise, ekstrusiooni, keevitamise (spetsiaalse kuumtöötlusega) ja isegi lisaainete tootmise kaudu (3D -printimine). See võimaldab toota keerukaid osi, näiteks turbiinterasid koos õhuga - jahutuskanalid - kriitiliselt kosmosesüsteemide jõudluse maksimeerimiseks.
Nickel SuperAlloysi magnetilised omadused sõltuvad peamiselt nendestkristalne struktuurjakeemiline koostis- konkreetselt ferromagnetiliste elementide olemasolu (nt nikkel, raud) ja kas nende aatomseade võimaldab magnetilist joondamist. Üldiselt:
Enamik nikli superalloys on mitte - toatemperatuuril magnetiline või nõrgalt magnetiline. Selle põhjuseks on asjaolu, et enamikul (nt Inconel® 718, GH3030, Hastelloy® X) onausteniitne kristalne struktuur(nägu - tsentreeritud kuup, fcc). Austeniitilistes sulamites stabiliseerib niklisisaldus (tavaliselt ≥ 50 massiprotsenti) FCC struktuuri, mis häirib tugeva ferromagnetilisuse jaoks vajalikke magnetiliste domeenide (joondatud aatomi magnetmomentide piirkondi) moodustumist. Ehkki nikkel on oma olemuselt puhta kujuga ferromagnetiline, surutakse selle magnetiline käitumine nende superallomide austeniitilises maatriksis maha.
Erandid on ferriitiliste või martensiitide struktuuridega nikli superralloys-, kuigi need on haruldased. Näiteks mõnel madalal - nikkel, raud - rikkalik nikkel - Raudsuperalloys (nt teatud variantidel Incoloy®) võib olla ferriit (keha {- keskne kuum, bcc) struktuur toa temperatuuril demonstreerimine, mis võib nõrga ferromagnetis eksponeerida. Selliseid sulameid ei klassifitseerita aga "kõrge - jõudlus" Ultra - kõrge - temperatuuri kasutamine; Neid kasutatakse tavaliselt - temperatuuril, korrosioon - vastupidavad rakendused.
Magnetism võib muutuda äärmuslikel temperatuuridel. Näiteks võivad mõned austeniitilised nikli superrallosid läbida faasi muundamise ferromagnetiliseks struktuuriks (nt martensiit), kui see jahutatakse väga madalate temperatuurideni (alla - 100 ° C/{6}} 148 ° F), kuid see on ajutine, temperatuurist sõltuv efekt ja mis on nende kavandatud.
Kokkuvõtlikult võib öelda, et kriitilistes rakendustes (lennunduse turbiinid, energiakomponendid) kasutatavad nikli superallosid on toatemperatuuril nende austeniitilise struktuuri tõttu peaaegu alati toatemperatuuril magnetilised.
Jah, nikkel - põhinevad SuperAlloys onoluliselt kallimkui tavapärased metallid (nt teras, alumiinium) ja isegi enamik roostevabast terast. Nende kõrge hind tuleneb neljast peamisest tegurist:
Keerulised tootmisprotsessid: Nickeli - põhinevate supermaatide tootmine nõuab puhtuse ja mikrostrukturaalse juhtimise tagamiseks ranget, energiat - intensiivset töötlemist. Põhilised sammud hõlmavad järgmist:
Vaakum sulamine või elektroslaag Reming (ESR): Kasutatakse lisandite (nt väävel, hapnikku) kõrvaldamiseks, mis halvendavad kõrget - temperatuuri jõudlust - protsesse, mis on palju kallimad kui tavaline avatud - koldeterase sulamine.
Täppisjuhtimine: Peen γ 'või γ "sademete moodustamiseks on vaja mitmeid lahuse lõõmutamise, vananemise ja kustutamise tsüklit. Need tsüklid vajavad tihedat temperatuuri kontrolli ja pikki hoidmisaega, suurendades energiat ja tööjõukulusid.
Töötlemisprobleemid: Nickel - põhinevad superrallid on äärmiselt kõvad ja kuluvad - vastupidavad, muutes nende tavapäraste tööriistade abil masinaliseks. Vajalik on spetsiaalsed lõiketööriistad (nt karbiidi või keraamilised lisad) ja aeglase töötlemiskiiruse, mis suurendab tootmisaega ja kulusid.
Kvaliteedikontroll ja sertifitseerimine: NICKEL - põhinevaid superlalle kasutatakse ohutus - kriitiliste rakenduste (nt õhusõidukite turbiinid, tuumareaktorid), nii et need vajavad ranget kvaliteeditestimist (nt x- kiirtekontrolli, ultraheli testimise, keemianalüüsi tagamiseks). Sertifikaadid (nt AMS, ASTM) Lisage haldus- ja testimiskulud, kuna mitte- nõuetele vastavat materjali ei saa kriitilistes komponentides kasutada.
Mastaabisääst: Erinevalt terasest (toodetud miljonites tonnides aastas), on nikkel - põhinevad superrallid väikeste partiidena toodetud, kuna nende rakendused on nišš (nt kosmoseturbiinid vajavad suhteliselt väikest materjali mahtu). See skaala puudumine tähendab püsikulusid (nt sulamisseadmete, teadus- ja arendustegevuse jaoks) jagunevad vähem ühikute suhtes, suurendades veelgi - ühikuhinda.
