آلیاژ درجه حرارت بالا مبتنی بر نیکل به چه نوع آلیاژی اشاره دارد؟

آلیاژ درجه حرارت بالا مبتنی بر نیکل به چه نوع آلیاژی اشاره دارد؟

آلیاژهای دمای بالا مبتنی بر نیکل به آلیاژهایی با دمای بالا اطلاق می‌شوند که از نیکل به عنوان ماتریس استفاده می‌کنند (محتوای آن عموماً بیشتر از 50 درصد است) و دارای استحکام بالا و مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون و خوردگی گاز در محدوده 650 تا 1000 درجه هستند. آلیاژهای با دمای بالا مبتنی بر نیکل (که از این پس آلیاژهای مبتنی بر نیکل نامیده می شوند) در اواخر دهه 1930 ساخته شدند. بریتانیا برای اولین بار آلیاژ مبتنی بر نیکل Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti) را در سال 1941 تولید کرد. به منظور بهبود قدرت خزش، آلومینیوم برای توسعه Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al) اضافه شد. ایالات متحده در اواسط-1940، اتحاد جماهیر شوروی در اواخر دهه 1940، و چین در اواسط{24}} نیز آلیاژهای مبتنی بر نیکل را توسعه دادند.

تغییر شکل

آلیاژ تغییر شکل دمای بالا به نوعی از آلیاژ اطلاق می شود که می تواند با تغییر شکل سرد و گرم پردازش شود، دارای محدوده دمای عملیاتی -253 ~ 1320 درجه، دارای خواص مکانیکی خوب، شاخص های مقاومت و چقرمگی جامع و دارای بالا بودن است. خواص ضد اکسیداسیون و ضد خوردگی. با توجه به فرآیند عملیات حرارتی آن، می توان آن را به آلیاژ تقویت شده با محلول جامد و آلیاژ تقویت شده با سن تقسیم کرد.

1. آلیاژ تقویت شده با محلول جامد

محدوده دمای عملیاتی 900 ~ 1300 درجه است و حداکثر دمای ضد اکسیداسیون به 1320 درجه می رسد. به عنوان مثال، آلیاژ GH128 دارای استحکام کششی 850MPa و مقاومت تسلیم 350MPa در دمای اتاق است. استحکام کششی 140 مگاپاسکال و کشیدگی 85 درصد در 1000 درجه. عمر بادوام 200 ساعت و کشیدگی 40 درصد در 1000 درجه و تنش 30 مگا پاسکال. آلیاژهای محلول جامد معمولاً برای ساخت محفظه های احتراق موتورهای هوافضا و هوافضا، محفظه ها و سایر اجزاء استفاده می شوند.

2. آلیاژ تقویت شده با پیری
دمای کار -253~950 درجه است و عموماً برای ساخت قطعات ساختاری مانند دیسک‌ها و پره‌های توربین برای موتورهای هوانوردی و هوافضا استفاده می‌شود. آلیاژ مورد استفاده برای ساخت دیسک های توربین دارای دمای کاری -253~700 درجه است و لازم است استحکام دمای بالا و پایین و مقاومت در برابر خستگی خوبی داشته باشد. به عنوان مثال: آلیاژ GH4169 دارای حداکثر قدرت تسلیم 1000MPa در 650 درجه است. دمای آلیاژ برای ساخت تیغه ها می تواند به 950 درجه برسد. به عنوان مثال: آلیاژ GH220 دارای استحکام کششی 490 مگاپاسکال در 950 درجه و عمر بادوام بیش از 40 ساعت در 940 درجه و 200 مگا پاسکال است.
سوپرآلیاژهای تغییر شکل یافته عمدتاً آهنگری ساختاری، کیک، حلقه‌ها، میله‌ها، صفحات، لوله‌ها، نوارها و سیم‌ها را برای صنایع هوافضا، هوانوردی، انرژی هسته‌ای و صنایع غیرنظامی نفت فراهم می‌کنند.

ریخته گری

آلیاژهای ریخته‌گری با دمای بالا به نوعی از آلیاژهای با دمای بالا اطلاق می‌شود که می‌توانند یا فقط با روش‌های ریخته‌گری ساخته شوند. ویژگی های اصلی آن عبارتند از:

1. با طیف گسترده تر ترکیب، از آنجایی که نیازی به در نظر گرفتن عملکرد پردازش تغییر شکل آن نیست، طراحی آلیاژ می تواند بر بهینه سازی عملکرد آن تمرکز کند. به عنوان مثال، برای آلیاژهای با دمای بالا مبتنی بر نیکل، ترکیب را می توان طوری تنظیم کرد که محتوای آن به 60٪ یا بیشتر برسد، به طوری که آلیاژ همچنان می تواند خواص عالی را در دماهای تا 85٪ از نقطه ذوب آلیاژ حفظ کند. .

2. زمینه کاربرد وسیع تری دارد. با توجه به مزیت های خاص روش ریخته گری، ریخته گری های آلیاژی با دمای بالا با شکل تقریبا خالص یا بدون حاشیه قابل طراحی و ساخت با هر ساختار و شکل پیچیده ای با توجه به نیاز کاربری قطعات می باشد.

با توجه به دمای سرویس آلیاژهای ریخته گری می توان آنها را به سه دسته زیر تقسیم کرد:

رده 1: آلیاژهای ریخته گری کریستال هم محور با دمای بالا که در -253~650 درجه استفاده می شود. این آلیاژها خواص جامع خوبی در طیف وسیعی از دماها، به ویژه در دماهای پایین دارند و می توانند استحکام و انعطاف پذیری را بدون تخریب حفظ کنند. به عنوان مثال، آلیاژ K4169 که در مقادیر زیادی در موتورهای هوانوردی و هوافضا استفاده می شود، دارای استحکام کششی 1000 مگاپاسکال در 650 درجه، مقاومت تسلیم 850 مگا پاسکال و انعطاف پذیری کششی 15 درصد است. عمر استقامت تحت فشار 620MPa در 650 درجه 200 ساعت است. برای ساخت محفظه های دیفیوزر در موتورهای هوافضا و قطعات ساختاری پیچیده برای پمپ های مختلف در موتورهای هوافضا استفاده شده است.

دسته 2: آلیاژهای ریخته گری کریستال هم محور با دمای بالا در دمای 650 تا 950 درجه استفاده می شود. این آلیاژها دارای خواص مکانیکی بالا و مقاومت در برابر خوردگی گرم در دماهای بالا هستند. به عنوان مثال، آلیاژ K419 دارای استحکام کششی بیشتر از 700 مگاپاسکال و انعطاف پذیری کششی بیشتر از 6٪ در 950 درجه است. در 950 درجه، حد نهایی مقاومت برای 200 ساعت بیشتر از 230 مگاپاسکال است. این نوع آلیاژ برای استفاده به عنوان پره های توربین موتور هواپیما، پره های راهنما و توربین های ریخته گری یکپارچه مناسب است.

دسته III: بلورهای ستونی جامد جهت دار و سوپرآلیاژهای تک کریستالی که در دمای 950 تا 1100 درجه استفاده می شوند. این آلیاژها دارای خواص جامع عالی، مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر خوردگی گرم در این محدوده دما هستند. به عنوان مثال آلیاژ تک کریستال DD402 در تنش 1100 درجه و 130 مگاپاسکال عمر بادوام بیش از 100 ساعت دارد. این داغ ترین ماده پره توربین مورد استفاده در چین است و برای ساخت پره های توربین مرحله اول برای موتورهای جدید با کارایی بالا مناسب است.

با بهبود مستمر فناوری ریخته گری دقیق، فرآیندهای ویژه جدیدی نیز دائما در حال ظهور هستند. فناوری ریخته گری دانه ریز، فناوری انجماد جهت دار و فناوری CA برای قطعات ساختاری دیواره نازک پیچیده، سطح ریخته گری آلیاژهای با دمای بالا را تا حد زیادی بهبود بخشیده و دامنه کاربرد آنها همچنان در حال افزایش است.