„Superalloys“ yra aukštos - našumo medžiagos klasė, apibrėžta jų išskirtiniu sugebėjimu atlaikytiekstremalios šiluminės, mechaninės ir korozinės sąlygos- savybės, dėl kurių jie yra nepakeičiami tokiose pramonės šakose kaip aviacijos ir kosmoso, energijos ir pažengusios gamybos. Jų pagrindinės savybės apima:
Nuostabus aukštas - temperatūros stiprumas ir atsparumas šliaužiant: Tai yra labiausiai apibūdinantis jų bruožą. Superlojai palaiko konstrukcinį vientisumą ir mechaninį stiprumą (tempimo, derliaus) temperatūroje iki 1200 ° C (2192 ° F), žymiai viršijantis įprastus metalus. Kritinis tai yra jų mikrostruktūrinė konstrukcija: Nickel - pagrindu, pavyzdžiui, remiasi smulkiomis, stabiliomis tarpmetalinėmis nuosėdomis (pvz., Γ '{- ni₃ (Al, Ti) arba γ "-} ni₃nb), kuri atsparuoja didelėms sumontams, taip pat vengia minkštumo, taip pat užkirsti kelią minkštinimui. Atsparumas - atsparumas lėtai, nuolatinei deformacijai esant pastoviai aukštai temperatūrai ir įtempiui - užtikrinant ilgą aptarnavimo tarnavimo laiką apkrovoje - guolių komponentų, tokių kaip turbinos ašmenys.
Aukščiausias šiluminis stabilumas: Skirtingai nuo daugelio lydinių, kurie skaidosi (pvz., Minkštinti, įtrūkimai), kai veikiami ciklinio šildymo/aušinimo, superlaidai išlaiko savo mikrostruktūrą ir savybes, ilgą laiką veikiant ultra - aukštai temperatūrai ir šilumos ciklui. Šis stabilumas išvengia priešlaikinio šiluminio nuovargio gedimo - tai yra pagrindinis reikalavimas tokiems komponentams kaip raketų degimo kameros ar elektrinių katilo vamzdžiai.
Stiprus oksidacijos ir karštos korozijos atsparumas: Super lyderys yra chromo (Cr), aliuminio (Al) arba silicio (SI), kurie reaguoja su deguonimi, kad paviršiuje sudarytų tankų, priklijuotą oksido sluoksnį (pvz., Cr₂o₃, Al₂o₃). Šis sluoksnis veikia kaip barjeras, apsaugantis lydinį nuo oksidacinio priepuolio ir korozijos aukštai - temperatūros dujomis (pvz.
Įvairi bazė - metalo kompozicijos su tiksliniu lydiniu: Dauguma superlenčių skirstoma į tris kategorijas, kiekviena optimizuota atsižvelgiant į konkrečius poreikius:
Nikelis - pagrįstas: Dažniausias tipas (pvz., „Inconel® 718“, GH4049), vertinamas už subalansuotą aukštą - temperatūros stiprumą ir atsparumą korozijai.
Kobaltas - pagrįstas: Ekstremalūs dideliame karštoje korozijoje (pvz., Haynes® 188), dažnai naudojami nejudančiose dujų turbinos dalyse.
Iron - nikelis - pagrįstas: Siūlo kainą - efektyvumas vidutiniam - temperatūros taikymui (pvz., Incoloy® 800H), idealiai tinkančiai šilumokaičiams.
Pridedami papildomi elementai (volframas, renis, molibdenas), siekiant padidinti stiprumą ar stabilumą, o mikroelementai (boro, cirkonio) pagerina grūdus - ribų kietumą.
Sudėtingų komponentų apdorojimas: Nepaisant didelio jų stiprumo, superlydas gali būti gaminamas kalimo, ekstruzijos, suvirinimo (su specializuotais termiškai apdorojimais) ir netgi priedų gamyba (3D spausdinimas). Tai leidžia gaminti sudėtingas dalis, tokias kaip turbinos ašmenys su oru - aušinimo kanalai -, kritiškai svarbūs siekiant maksimaliai padidinti našumą aviacijos ir kosmoso sistemose.
Nickelio superlydų magnetinės savybės pirmiausia priklauso nuo jųKristalinė struktūrairCheminė sudėtis- konkrečiai, feromagnetinių elementų buvimas (pvz., Nikelis, geležis) ir ar jų atominis išdėstymas leidžia magnetinį išlyginimą. Apskritai:
Daugelis nikelio superlydų yra ne - magnetiniai arba silpnai magnetiniai kambario temperatūroje. Taip yra todėl, kad dauguma (pvz., Inconel® 718, GH3030, Hastelloy® X) turi anAustenitinė kristalinė struktūra(veidas - centre esanti kubinė, fcc). Austenitiniuose lydiniuose nikelio kiekis (paprastai ≥ 50 masės%) stabilizuoja FCC struktūrą, kuri sutrikdo magnetinių domenų (išlygintų atominių magnetinių momentų) susidarymą, reikalingą stipriam feromagnetizmui. Nors nikelis iš prigimties yra grynos formos feromagnetinis, jo magnetinis elgesys slopinamas šių superlaidžių austenitinėje matricoje.
Nikelio supervizionų išimtys su feritinėmis ar martensitinėmis struktūromis-, nors tai yra reti. Pavyzdžiui, kai kurie žemi - nikelis, geležis - turtingas nikelis - geležies superlojos (pvz. Tačiau tokie lydiniai nėra klasifikuojami kaip „aukštas {- performansas“ Nikelio supervietės, skirtos ultra - aukštai - temperatūros naudojimui; Paprastai jie naudojami viduryje - temperatūros, korozijos - atsparios programos.
Magnetizmas gali keistis esant ekstremaliam temperatūrai. Pavyzdžiui, kai kuriems austenitiniams nikelio superlaidžiams gali kilti fazės transformacija į feromagnetinę struktūrą (pvz., Martensitą), kai jis atvėsinamas iki labai žemos temperatūros (žemiau - 100 ° C/- 148 ° F), tačiau tai yra laikinas, nuo temperatūros priklausomas poveikis, o ne svarbios jų aukštos teritorijos sąlygos.
Apibendrinant galima pasakyti, kad nikelio supervietės, naudojamos kritinėse programose (aviacijos ir kosmoso turbinos, energijos komponentai), beveik visada yra ne - magnetiniai kambario temperatūroje dėl jų austenitinės struktūros.
Taip, nikelis - pagrindu yra supervizionaižymiai brangiaunei įprasti metalai (pvz., plienas, aliuminis) ir net daugiausiai nerūdijančių plienų. Jų didelės išlaidos kyla iš keturių pagrindinių veiksnių:
Sudėtingi gamybos procesai: Nickelio - pagrindu pagaminant supervizionus reikia griežtos, energijos - intensyvus apdorojimas, kad būtų užtikrintas grynumas ir mikrostruktūrinis valdymas. Pagrindiniai veiksmai yra:
Vakuuminis tirpimas arba elektroslago pakartojimas (ESR): Naudojami priemaišoms pašalinti (pvz., Sieros, deguonies), kurie skaido aukštą - temperatūros našumą - procesai, kurie yra daug brangesni nei standartiniai atvirai - židinio plieno tirpimas.
Tikslus terminis apdorojimas: Norint suformuoti smulkųjį γ 'arba γ ", nusodinanti lydinį, reikalingi keli tirpalo atkaitinimo, senėjimo ir gesinimo ciklai. Šie ciklai reikalauja griežtos temperatūros kontrolės ir ilgo sulaikymo laiko, padidinant energijos ir darbo sąnaudas.
Apdirbimo iššūkiai: Nickel - pagrindu pagaminti supervizionai yra ypač kietas ir dėvimi - atsparūs, todėl juos sunku pritaikyti mašinomis su įprastais įrankiais. Reikalingi specializuoti pjovimo įrankiai (pvz., Karbido ar keramikos įdėklai) ir lėtas apdirbimo greitis, padidinant gamybos laiką ir kainą.
Kokybės kontrolė ir sertifikavimas: Nickel - pagrįsti supervietės yra naudojamos saugume - kritinės programos (pvz., Orlaivių turbinos, branduoliniai reaktoriai), todėl jiems reikia griežtų kokybės bandymų (pvz. Sertifikatai (pvz., AMS, ASTM) Prideda administracines ir bandymo išlaidas, nes kritiniuose komponentuose negalima naudoti reikalavimų, nes reikalavimų reikalavimų negalima naudoti.
Masto ekonomija: Skirtingai nuo plieno (pagamintas milijonais metrinių tonų per metus), nikelis - pagrindu pagamintas superlydus yra gaminami mažomis partijomis, nes jų pritaikymas yra nišas (pvz. Šis skalės trūkumas reiškia fiksuotas išlaidas (pvz., Lydymosi įrangai, moksliniams tyrimams ir plėtrai) yra paskirstytos daugiau nei mažiau vienetų, dar labiau padidėja už - vienetų kainos.
