پیشرفت تحقیقات مواد سوپرآلیاژی مبتنی بر نیکل
در طول نیم قرن گذشته، چین بسیاری از سیستمهای سوپرآلیاژی مبتنی بر نیکل را برای رفع نیازهای فزاینده نیرو، حملونقل، هوانوردی، هوافضا و سایر صنایع توسعه داده و شکل داده است. به طور خاص، توسعه سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل عملکرد موتورهای هوافضای چین را بسیار بهبود بخشیده است. سهم قابل توجهی در بهبود داشته است. این مقاله به طور خلاصه تاریخچه توسعه سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل را معرفی میکند، پیشرفت تحقیقات سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل را در سالهای اخیر مرور میکند، و کاربرد و روند توسعه سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل را مورد بحث قرار میدهد.
معرفی
بیش از 50 درصد مواد در موتورهای توربین گازی مدرن از آلیاژهای با دمای بالا استفاده می کنند که از این میان مقدار آلیاژهای دمای بالا مبتنی بر نیکل حدود 40 درصد از مواد موتور را تشکیل می دهد. آلیاژهای مبتنی بر نیکل دارای خواص جامع عالی در دماهای متوسط و بالا هستند. آنها برای کار در دمای بالا برای مدت طولانی مناسب هستند و می توانند در برابر خوردگی و سایش مقاومت کنند. آنها پیچیده ترین و به طور گسترده در قطعات با دمای بالا مورد استفاده قرار می گیرند و خواص متالورژیکی زیادی در بین تمام سوپرآلیاژها دارند. آلیاژهایی که بیشترین علاقه را برای کارگران دارند. آلیاژهای با دمای بالا مبتنی بر نیکل عمدتاً در اجزای ساختاری که در دمای 950 تا 1050 درجه در زمینه هوافضا کار میکنند، مانند تیغههای کار موتور هواپیما، دیسکهای توربین، محفظههای احتراق و غیره استفاده میشوند. بنابراین مطالعه سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل بسیار مفید است. اهمیت برای توسعه صنعت هوافضای کشورم.
1. بررسی اجمالی
آلیاژهای دمای بالا مبتنی بر نیکل آلیاژهایی با دمای بالا هستند که از نیکل به عنوان ماتریس استفاده می کنند (معمولاً بیش از 50٪ محتوای آن) و دارای استحکام بالا و مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون و خوردگی گاز در محدوده 650 تا 1000 درجه هستند. این بر اساس آلیاژ Cr20Ni80 توسعه یافته است. به منظور پاسخگویی به الزامات مقاومت حرارتی در دمای بالا (مقاومت در دمای بالا، مقاومت در برابر خزش، مقاومت خستگی در دمای بالا) در حدود 1000 درجه و ضد اکسیداسیون و ضد خوردگی در محیط های گازی، تعداد زیادی تقویت کننده اضافه شده است. . عناصری مانند W، Mo، Ti، Al، Nb، Co و غیره، برای اطمینان از عملکرد برتر در دمای بالا. سوپرآلیاژها علاوه بر تقویت محلول جامد، به تقویت رسوبی فاز ترکیب بین فلزی (Ni3Al یا Ni3Ti و غیره) که توسط Al، Ti و غیره و نیکل تشکیل شده است، تقویت پراکندگی درون دانه ای برخی MC های پایدار ریز، M23C6 متکی هستند. کاربیدها و B، Zr، Re و ... در تصفیه و تقویت مرز دانه ها نقش دارند. هدف از افزودن کروم بهبود بیشتر مقاومت ضد اکسیداسیون و خوردگی در دمای بالا آلیاژهای با دمای بالا است. سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل خواص جامع خوبی دارند و به طور گسترده در بخشهای صنعت هوافضا، خودرو، ارتباطات و الکترونیک استفاده میشوند. با کاوش در خواص بالقوه آلیاژهای مبتنی بر نیکل، محققان الزامات بالاتری را برای عملکرد آنها مطرح کردهاند. محققان داخلی و خارجی تکنیک های پردازش جدیدی را برای آلیاژهای مبتنی بر نیکل ایجاد کرده اند، مانند آهنگری همدما، تغییر شکل اکستروژن، تغییر شکل روکش و غیره.
2. تاریخچه توسعه سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل
سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل جایگاه ویژه ای در کل زمینه سوپرآلیاژها دارند. توسعه و استفاده از آن در اواخر دهه 1930 آغاز شد و در شرایطی توسعه یافت که ظهور هواپیماهای جت الزامات بیشتری را برای عملکرد سوپرآلیاژها ایجاد کرد. . بریتانیا برای اولین بار آلیاژ مبتنی بر نیکل Nimonic75 (Ni-20Cr-0.4Ti) را در سال 1941 تولید کرد. به منظور بهبود استحکام خزشی، آلومینیوم به توسعه Nimonic80 (Ni{{9}) اضافه شد. }Cr-2.5Ti-1.3Al). ایالات متحده در اواسط-1940، اتحاد جماهیر شوروی در اواخر دهه 1940، و چین در اواسط{16}} نیز سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل تولید کردند.
توسعه آلیاژهای با دمای بالا مبتنی بر نیکل شامل دو جنبه است: بهبود ترکیب آلیاژ و نوآوری در فرآیندهای تولید. در اوایل دهه 1950، توسعه فناوری ذوب خلاء شرایطی را برای پالایش آلیاژهای مبتنی بر نیکل حاوی آلومینیوم و تیتانیوم بالا ایجاد کرد. در اواخر دهه 1950، فناوری ریخته گری دقیق سرمایه گذاری برای توسعه یک سری از آلیاژهای ریخته گری با استحکام خوب در دمای بالا استفاده شد. در دهه 1960 در میان مدت، کریستالیزاسیون جهت دار و سوپرآلیاژهای تک کریستال و سوپرآلیاژهای متالورژی پودر با عملکرد بهتر توسعه یافتند. به منظور پاسخگویی به نیاز کشتیها و توربینهای گاز صنعتی، تعدادی از آلیاژهای مبتنی بر نیکل با کروم بالا بر پایه نیکل با مقاومت در برابر خوردگی گرم و ساختار پایدار از دهه 1960 توسعه یافتند. آلیاژ. در حدود 40 سال از اوایل دهه 1940 تا اواخر دهه 1970، دمای عملیاتی آلیاژهای مبتنی بر نیکل از 700 درجه به 1100 درجه افزایش یافت که میانگین افزایش آن در حدود 10 درجه در سال بود.
