Nikelis - pagrindu pagamintos supervietės yra specializuotos aukštos - eksploatacinės medžiagos, garsėjančios išskirtiniu stiprumu, atsparumu atsparumui išskirtinumui, atsparumui roplijai ir korozijai /oksidacijos atsparumui esant padidėjusiai temperatūrai (dažnai 600–1200 laipsnio /1112–2192 laipsnių F). Dėl unikalių savybių jos yra būtinos pramonės šakose, kur komponentai veikia esant dideliam šiluminiam ir mechaniniam stresui. Pagrindinės programos yra:
Aviacijos ir kosmoso ir aviacijos:
„Jet“ variklio komponentai: Kritiškiausias naudojimas -, naudojamas turbinų ašmenims, turbinų diskams, degimo kameroms, „After Burner“ įdėklams ir išmetimo purkštukams. Šios dalys ištveria nuolatinę aukštą temperatūrą (800–1100 laipsnių) ir ciklinės šiluminės apkrovos; Nikelis - pagrindu pagamintas superviziumas (pvz., „Inconel® 718“, „GH4049“) atsispirti šliaužiant ir oksidacijai, kad būtų užtikrintas variklio saugumas ir ilgaamžiškumas.
Raketinė jėga: Naudojami traukos kamerose, purkštukų priauginimo ir degalų purkštukuose skystiems ar kietajam raketiniams varikliams, kur jie atlaiko greitą temperatūros smaigalį ir ėsdinančius raketinius šalutinius produktus.
Energijos generavimas:
Dujų turbinos: Pramoninių dujų turbinų (naudojamų elektrinėse) jie gamina aukštus - slėgio turbinų ašmenis, mentes ir rotoriaus diskus. Šie komponentai veikia 700–1000 laipsnių, kad kuro energija konvertuotų į elektrą, remdamiesi aukštu lydinio - temperatūros stiprumu, kad būtų išlaikytas efektyvumas.
Branduolinė galia: Taikomi reaktoriaus šerdies komponentai (pvz., Degalų apvalkalas, kontrolinių strypų korpusai) ir šilumokaičiai, kur jie atspindi koroziją iš aušinimo skysčio skysčių (pvz.
Pramoninės ir specializuotos laukai:
Aukštos - temperatūros krosnys: Naudojami krosnių šildymo elementams, šiluminio perdirbimo armatūros ir tiražo metalurgijos ar medžiagų moksle, nes jie toleruoja ilgą - terminą 900–1100 laipsnių poveikis be deformacijos.
Naftos chemijos pramonė: Naudojami kataliziniuose krekeriuose, reformatoriuose ir aukštuose - slėgio vamzdynuose, kurie apdoroja angliavandenilius 600–800 laipsniais, priešindami koroziją nuo rūgščių ar aukštų - sieros dujų.
Jūrų inžinerija: Aukštai - temperatūros komponentai laivo varymo sistemose (pvz., Dujų turbinos išmetimo kolektoriai), veikiantys atšiaurioje, druskoje - pakrautoje aplinkoje.
Nikelio - šilumos laidumassantykinai žemas, palyginti su grynu nikeliu ar paprastaisiais metalais(pvz., Varis, aliuminis) ir šiek tiek skiriasi atsižvelgiant į lydinio sudėties, terminio apdorojimo būseną ir temperatūrą. Tipiškos vertės patenka į diapazoną10–25 W /(m · k) kambario temperatūroje (25 laipsnių /77 laipsnių f).
Pagrindinės tendencijos ir pavyzdžiai:
Priklausomybė nuo temperatūros: Šilumos laidumas paprastai padidėja esant temperatūrai. Pavyzdžiui, „Inconel® 718“ šilumos laidumas yra ~ 11 W/(m · k) 25 laipsnių, o tai pakyla iki ~ 18 W/(m · k) 600 laipsnių ir ~ 22 W/(m · k) 1000 laipsnių. Šis padidėjimas atsiranda dėl padidėjusio fonono ir elektronų pernešimo aukštesnėje temperatūroje.
Kompozicijos poveikis: Lydynių elementai (pvz., Chromium, molibdenum, niobium) sumažina šilumos laidumą, palyginti su grynu nikeliu (kurio šilumos laidumas yra ~ 91 W/(m · k) 25 laipsnių). Pavyzdžiui:
GH4133 (kinų nikelis - pagrindu pagamintas „Superalloy“) kambario temperatūroje šilumos laidumas yra ~ 12–15 W/(m · k).
Hastelloy® X (nikelis - chromas - molibdeno lydinys) rodo ~ 14 W/(m · k) 25 laipsnių ir ~ 20 W/(m · k) 800 laipsnių.
Šis mažas šilumos laidumas yra ir stiprumas, ir aspektas: jis padeda izoliuoti karštą - galinių komponentų (pvz.
Superalloys (įskaitant nikelį - pagrįstas, geležies - pagrįstasMikrostruktūrinis dizainas, legiruotų elementų sinergija ir kontroliuojamas apdorojimas. Pagrindiniai mechanizmai yra:
Kritulių kietėjimas (pirminis stiprinimo mechanizmas):
Daugelis nikelio - pagrindu pagamintų superlydų remiasi smulkių, stabilių nuosėdų susidarymu nikelio - turtingoje matricoje. Pagrindinės nuosėdos yra'fazė (ni₃al, ti)- kieta, nuosekli fazė, kuri susidaro senstant termiškai apdoroti. Šie mažyčiai nuosėdos (paprastai 10–100 nm dydžio) veikia kaip dislokacijos judėjimo kliūtys (pagrindinė plastinės deformacijos priežastis). Net ir esant 800–1000 laipsnių, „išlieka stabilus ir išlaiko savo sugebėjimą blokuoti dislokacijas, užkirsdamas kelią šliaužimui ir palaikant jėgą. Kai kurie pažengę lydiniai (pvz., „Inconel® 718“) taip pat naudoja'' fazė (ni₃nb)už papildomą stiprinimą.
Kietas - sprendimo stiprinimas:
Lydynių elementai (pvz., Chromis, molibdenas, volframas) ištirpsta į nikelio matricą, kad sudarytų kietą tirpalą. Šie elementai turi skirtingą atominį dydį nei nikelis, sukuriant gardelės iškraipymus, kurie trukdo judėti dislokacijai. Pavyzdžiui, Molybdenum ir volframas (dideli atomai) sukelia reikšmingą grotelių kamieną, padidindami lydinio atsparumą deformacijai aukštoje temperatūroje.
Grūdų ribų stiprinimas:
Superviziumai yra sukurti su puikiomis, vienodomis grūdų struktūromis (dažnai pasiekiamas kontroliuojamu liejimu arba miltelių metalurgija). Puikūs grūdai padidina grūdų ribų skaičių, kurios veikia kaip dislokacijos judesių kliūtys. Be to, mikroelementai (pvz., Boronas, cirkonis, hafnium) pridedami prie „išgryninti“ grūdų ribas -, jie jungiasi prie priemaišų (pvz., Sulfur, fosforo, fosforo), sukeliančios impulsenciją ir formuojant stabilius karbidus ar boridų ribas), užkertant kelią grūdų ribiniams riboms (didelę aukštos - temperatūros gedimo gedimą).
Oksidacija ir atsparumas korozijai (netiesioginis stiprumo sulaikymas):
Nors nėra tiesioginio stiprumo mechanizmas, gebėjimas atsispirti oksidacijai yra labai svarbus palaikant stiprumą. Elementai, tokie kaip chromas, aliuminis ir titanas, sudaro tankią, lipnią oksido plėvelę (pvz., Cr₂o₃, Al₂o₃) ant lydinio paviršiaus aukštoje temperatūroje. Ši plėvelė veikia kaip kliūtis prieš deguonį ir ėsdinančias dujas, užkertant kelią paviršiaus skilimui (pvz., Masteliui, duobėms), kuris susilpnintų lydinį ir sukeltų priešlaikinį gedimą.
Stabili mikrostruktūra:
Superallloys yra skirta išlaikyti savo mikrostruktūrines ypatybes (pvz., „Nusėda, grūdų dydis) aukštoje temperatūroje. Skirtingai nuo įprastų lydinių (kurie gali patirti nuosėdų ar grūdų augimą), superlydikai patiria minimalius mikrostruktūrinius pokyčius net ir po tūkstančių valandų, esant 800–1100 laipsnių -, užtikrinant pastovų stiprumą jų tarnavimo tarnavimo laiką.
