NICKEL - põhinevad SuperAlloys on spetsialiseerunud kõrged - jõudlusmaterjalid, mis on tuntud erakordse tugevuse, libisemiskindluse ja korrosiooni /oksüdatsiooniresistentsuse säilitamiseks kõrgendatud temperatuuridel (sageli 600–1200 kraad /1112–2192 kraadi F). Nende ainulaadsed omadused muudavad need hädavajalikuks tööstusharudes, kus komponendid toimivad äärmise termilise ja mehaanilise stressi all. Peamised rakendused hõlmavad:
Lennundus- ja lennundus:
Reaktiivmootori komponendid: Kõige kriitilisem kasutamine -, mida kasutatakse turbiini labade, turbiini ketaste, põlemiskambrite, järelpõletusvooderdiste ja väljalaskepihustuste jaoks. Need osad kannatavad pidevat kõrge temperatuuri (800–1100 kraadi) ja tsüklilisi termilisi koormusi; NICKEL - põhinevad SuperAlloys (nt Inconel® 718, GH4049), et mootori ohutuse ja pikaealisuse tagamiseks takistada pugemist ja oksüdatsiooni.
Raketi tõukejõud: Kasutatakse tõukejõukambrites, düüsi pikendustes ja vedelate või tahkete raketimootorite kütusepihustites, kus nad taluvad kiireid temperatuuri naelu ja söövitava propellent kõrvalsaadusi.
Energiatootmine:
Gaasiturbiinid: Tööstuslike gaasiturbiinide (kasutatud elektrijaamades) jaoks valmistavad nad kõrge - surveturbiini labad, labid ja rootori kettad. Need komponendid töötavad 700–1000 kraadi juures kütuseenergia elektriks teisendamiseks, tuginedes efektiivsuse säilitamiseks sulami kõrgele - temperatuuri tugevusele.
Tuumaenergia: Rakendatakse reaktori südamiku komponentides (nt kütusekatted, kontrollvarda korpused) ja soojusvahetitega, kus need peavad vastu jahutusvedeliku vedelike (nt vesi, vedela naatrium) ja kiirguse - põhjustatud lagunemise korrosiooni.
Tööstus- ja spetsialiseeritud põllud:
Kõrge - temperatuuriahjud: Kasutatakse ahjude kütteelementide, soojus töötlemise kinnitusdetailide ja metallurgia või materjaliteaduse triikide jaoks, kuna need taluvad pikka - terminit kokkupuudet 900–1100 kraadi ilma deformatsioonita.
Naftakeemiatööstus: Kasutatakse katalüütilistes kreekerites, reformingites ja kõrgetes - rõhutorustikes, mis töötlevad süsivesinikke 600–800 kraadi juures, takistades korrosiooni happelisest või kõrgest - väävligaasidest.
Meretehnika: Kõrge - temperatuurikomponentide jaoks laevatõusmissüsteemides (nt gaasiturbiini väljalaskekollektorid), mis töötavad karmides soolades - koormatud keskkonnas.
Nikli - põhinevate superrallide soojusjuhtivus onsuhteliselt madal võrreldes puhta nikli või tavaliste metallidega(nt vask, alumiinium) ja varieerub pisut sulami koostise, kuumtöötluse oleku ja temperatuuri põhjal. Tüüpilised väärtused jäävad vahemikku10–25 W /(m · k) toatemperatuuril (25 kraadi /77 kraadi F).
Peamised suundumused ja näited hõlmavad järgmist:
Temperatuurisõltuvus: Soojusjuhtivus suureneb tavaliselt temperatuuriga. Näiteks on Inconel® 718 soojusjuhtivus ~ 11 W/(M · K) 25 kraadi juures, mis tõuseb ~ 18 W/(M · K) 600 kraadi juures ja ~ 22 W/(M · K) 1000 kraadi juures. See suurenemine on tingitud suurenenud fononi ja elektronide transpordist kõrgematel temperatuuridel.
Kompositsioonimõju: Legeerivad elemendid (nt kroom, molübdeen, nioobium) vähendavad soojusjuhtivust võrreldes puhta nikliga (mille soojusjuhtivus on ~ 91 W/(M · K) 25 kraadi juures). Näiteks:
GH4133 (hiina nikkel - põhinev superralloy) on toatemperatuuril soojusjuhtivus ~ 12–15 W/(m · k).
Hastelloy® x (nikkel - kroomi - molybdenum sulam) näitab ~ 14 W/(m · k) 25 kraadi ja ~ 20 W/(M · K) juures 800 kraadi juures.
See madal soojusjuhtivus on nii tugevus kui ka kaalutlus: see aitab soojustada kuuma - otsakomponente (nt turbiini labad) liigsest soojusülekandest jahedamatesse osadesse, kuid see nõuab ka hoolikat termilist majandamist (nt jahutuskanalid), et vältida lokaliseeritud ülekuumenemist.
SuperAlloys (sealhulgas nikkel - põhineb, raud - põhineb ja koobalt - põhinevad tüübid).mikrostrukturaalne disain, legeerimise elementide sünergia ja kontrollitud töötlemine. Põhimehhanismid on:
Sademete kõvenemine (primaarne tugevdamismehhanism):
Enamik nikkel - põhinevaid superlalle tugineb nikli - rikka maatriksisse peenete, stabiilsete sademete moodustumisele. Esmane sade on'faas (ni₃al, ti)- kõva, sidus faas, mis moodustub vananeva kuumtöötluse ajal. Need pisikesed sademed (tavaliselt 10–100 nm suurused) toimivad nihestusliikumise takistustena (plastilise deformatsiooni peamine põhjus). Isegi 800–1000 kraadi juures on endiselt stabiilne ja säilitab oma võime blokeerida nihestusi, hoides ära hiilimise ja tugevuse säilitamise. Samuti kasutavad mõned täiustatud sulamid (nt Inconel® 718)'' etapp (ni₃nb)täiendavaks tugevdamiseks.
Kindel - Lahenduse tugevdamine:
Elemendid (nt kroom, molübdeen, volfram) lahustuvad nikli maatriksisse, moodustades tahke lahuse. Nendel elementidel on erinev aatomisuurus kui nikkel, luues võremoonutusi, mis takistavad lahkamise liikumist. Näiteks moodustavad molübdeen ja volfram (suured aatomid) olulist võre tüve, suurendades sulami vastupidavust deformatsioonile kõrgel temperatuuril.
Terade piiri tugevnemine:
Superrallosid on konstrueeritud peenete, ühtlase teraga konstruktsioonidega (saavutatakse sageli kontrollitud valamise või pulbri metallurgia kaudu). Peened terad suurendavad terade piiride arvu, mis on nihestusliikumise takistustena. Lisaks lisatakse mikroelemente (nt boor, tsirkoonium, hafnium), et "puhastada" teraviljapiire - Need seostuvad lisanditega (nt väävel, fosfor), mis põhjustavad omakspüügi ja moodustavaid karbideid või booride piirides, mis takistab araade piiride libisemist) {kui peamine temperatuur) {kui peamine temperatuur) {A suurel temperatuuril) {A suurel temperatuuril) {A suurel temperatuuril temperatuuril.
Oksüdeerumine ja korrosiooniresistentsus (kaudne tugevuse säilitamine):
Ehkki see pole otsene tugevusmehhanism, on oksüdatsioonile vastupanu võime tugevuse säilitamiseks kriitilise tähtsusega. Sellised elemendid nagu kroom, alumiinium ja titaan moodustavad kõrge temperatuuri korral tiheda, kleepuva oksiidkile (nt Cr₂o₃, al₂o₃). See film on takistuseks hapniku ja söövitavate gaaside vastu, takistades pinna lagunemist (nt skaleerimist, pritsimist), mis nõrgestaks sulamit ja põhjustaks enneaegse ebaõnnestumise.
Stabiilne mikrostruktuur:
Superralloys on loodud säilitama oma mikrostrukturaalsed omadused (nt 'sademed, tera suurus) kõrgel temperatuuril. Erinevalt tavalistest sulamitest (mis võib tekkida jämedaid või teraviljakasvu), läbivad superrallid minimaalsed mikrostruktuurilised muutused isegi pärast tuhandeid tunde 800–1100 kraadi -, tagades pideva tugevuse nende tööelu jooksul.
