Ποια είναι τα κράματα υψηλής θερμοκρασίας;

Ένα κράμα υψηλής θερμοκρασίας είναι οποιοδήποτε υλικό κράματος που μπορεί να λειτουργήσει σταθερά για μεγάλο χρονικό διάστημα σε ένα περιβάλλον με υψηλές θερμοκρασίες και άγχος. Είναι επίσης γνωστό ως υπερκύμβημα και έχει υψηλή δύναμη κράματος. Χρησιμοποιείται εκτενώς σε σοβαρές ρυθμίσεις υψηλής θερμοκρασίας, συμπεριλαμβανομένων των πυρηνικών, πετροχημικών, αεριοστροβίλων, αεροδιαστημικών και αυτοκινήτων.

Η ανάπτυξη σύγχρονων αεριοστροβίλων και κινητήρων αεροπορίας βοήθησε σημαντικά την εμφάνιση κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας, τα οποία τους επιτρέπουν να λειτουργούν σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες, να αυξάνουν την αποτελεσματικότητα της καύσης και να χρησιμοποιούν λιγότερη ενέργεια.

Τυπικές ιδιότητες:

- Υψηλότερη δύναμη υψηλής θερμοκρασίας

- Καλή οξείδωση και αντίσταση στη διάβρωση

- Καλή απόδοση κόπωσης

- Καλή σκληρότητα κατάγματος

Η μεταλλογραφική δομή είναι το μικροσκοπικό δίκτυο κόκκων και οι άκρες μεταξύ τους σε κράματα υψηλής θερμοκρασίας. Έχει μεγάλο αντίκτυπο στις μηχανικές ιδιότητες του κράματος, όπως το πόσο καλά αντιστέκεται σε υψηλές θερμοκρασίες και ερπυσμό. Διαφορετικοί τύποι κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας (με βάση το νικέλιο, με βάση το κοβάλτιο, με βάση το κοβάλτιο) έχουν διαφορετικές μικροδομές λόγω των διαφορετικών συνθέσεων τους.

 φάση:Δομή κυβικής (FCC), ως κύρια φάση φόρτωσης του κράματος, υπεύθυνη για τη συνολική αντοχή

 "φάση:Διατεταγμένη κυβική δομή με επίκεντρο το πρόσωπο, φάση ενίσχυσης, βελτίωση της αντοχής υψηλής θερμοκρασίας

 "Φάση:Διαταραγμένη κυβική δομή με επίκεντρο το πρόσωπο, ως φάση ενίσχυσης σε ορισμένα κράματα με βάση το νικέλιο, όπως το IncoTel 718

 Καρβίδιο:Μια σταθερή φάση υψηλής θερμοκρασίας που μπορεί να εμποδίσει την ολίσθηση των ορίων των κόκκων και να μετακινηθεί, να βελτιώσει την απόδοση ερπυσμού και να βελτιώσει τη σταθερότητα των οριακών κόκκων

1. Κράματα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο

Σε ολόκληρο το πεδίο των κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας, τα κράματα με βάση το νικέλιο κατέχουν μια ιδιαίτερα σημαντική θέση. Είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο από τα τρία κράματα υψηλής θερμοκρασίας, που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή κινητήρων αεριωθούμενων αεροσκαφών και των θερμότερων εξαρτημάτων πολλών βιομηχανικών αεριοστρόβιλων.

Το κύριο συστατικό του είναι το νικέλιο (NI), το οποίο συνήθως αποτελεί πάνω από το 50% του. Για να βελτιωθεί η αντοχή του σε υψηλές θερμοκρασίες, οξείδωση, διάβρωση και ερπυσμό, περιέχει επίσης κοβάλτιο (CO), χρωμίου (CR), μολυβδαίνιο (MO), αλουμίνιο (AL), τιτάνιο (Ti)

Κύρια απόδοση

- Μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας: έως 1100 βαθμοί

-Εξαιρετική αντοχή υψηλής θερμοκρασίας και αντίσταση ερπυσμού, κατάλληλη για μακροχρόνια υπηρεσία υψηλής θερμοκρασίας

- Καλή αντίσταση οξείδωσης και αντοχή στη διάβρωση σουλφιδίου

- Ορισμένα κράματα με βάση το νικέλιο μπορούν να συγκολληθούν και είναι εύκολο να επεξεργαστούν

Κοινοί βαθμοί

- Inconel 718 (UNS N07718): Αντίσταση υψηλής θερμοκρασίας και αντίσταση ερπυσμού

- Hastelloy X (UNS N06002): Αντίσταση διάβρωσης, κατάλληλη για θαλάμους καύσης

- Waspaloy (UNS N07001): Εξαιρετική δύναμη υψηλής θερμοκρασίας

- Rene 41 (UNS N07041): υψηλή αντοχή, αλλά δύσκολο να επεξεργαστεί

- Nimonic 80a (UNS N07080): λεπίδες αεριοστροβίλου

Τυπικές εφαρμογές

- λεπίδες στροβίλου κινητήρα αεροσκαφών, θαλάμους καύσης, ακροφύσια

- Τα εξαρτήματα του αεριοστροβίλου, όπως οι θαλάμοι καύσης και τα πτερύγια καθοδήγησης

- Συστατικά αντιδραστήρα πυρηνικής βιομηχανίας

- Πετροχημικό περιβάλλον διάβρωσης υψηλής θερμοκρασίας

2. Κράμα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το σίδηρο

Το ανθεκτικό στη θερμότητα είναι ένα άλλο όνομα για το κράμα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το σίδηρο, το οποίο αποτελείται κυρίως από σίδηρο (Fe) (συνήθως μεγαλύτερη από 50%) με ιχνοστοιχεία στοιχείων κράματος όπως Ni και Cr. Ανάλογα με τα κριτήρια ομαλοποίησης, ο χάλυβας ανθεκτικού στη θερμότητα μπορεί να ταξινομηθεί ως μαρτενσίτη, ωστενίτης, μαργαριτάρι, φερρίτη κ.λπ.

Κύρια απόδοση

- Χρήση θερμοκρασίας: 750 ~ 900 βαθμοί

- Καλή αντίσταση οξείδωσης, κατάλληλη για περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας

- Low creep resistance and endurance strength, not suitable for extremely high temperature environments (>900 βαθμοί)

Κοινοί βαθμοί

Hastelloy D -205: Εφαρμογή υψηλής θερμοκρασίας ανθεκτικής στη διάβρωση

Τυπική εφαρμογή

- Συστατικά αεριοστροβίλου (εξαρτήματα με χαμηλότερη θερμοκρασία λειτουργίας)

- Μικρά εξαρτήματα αεροδιαστημικής

- Σύστημα εξάτμισης και βαλβίδες υψηλής θερμοκρασίας στην αυτοκινητοβιομηχανία

3.

Το κοβάλτιο είναι το θεμέλιο των υπερκράτων με βάση το κοβάλτιο, τα οποία έχουν περίπου 60% κοβάλτιο σε αυτά. Προκειμένου να αυξηθεί η αντοχή στη θερμότητα των υπερκράτων, πρέπει να προστεθούν ταυτόχρονα εξαρτήματα όπως CR και NI.

Κύριες ιδιότητες

- Εξαιρετική αντίσταση οξείδωσης και αντίσταση θερμικής διάβρωσης, κατάλληλη για ακραία περιβάλλοντα

- καλή δύναμη υψηλής θερμοκρασίας, έως 1000 βαθμοί

- Εξαιρετική αντίσταση φθοράς. Μερικοί χρησιμοποιούσαν για ανθεκτικές στη φθορά

Κοινοί βαθμοί

- Haynes 188 (UNS R30188): Ισχυρή αντίσταση οξείδωσης

-MAR-M 509: Κατάλληλο για λεπίδες αεριοστροβίλου υψηλής θερμοκρασίας

Τυπικές εφαρμογές

- Τα συστατικά του αεριοστροβίλου, όπως οι θαλάμοι καύσης

- λεπίδες στροβίλου κινητήρα αεροσκαφών

- Εξοπλισμός υψηλής θερμοκρασίας πυρηνικής βιομηχανίας

- Ανθεκτικά στη φθορά εξαρτήματα, όπως βαλβίδες και ρουλεμάν

 Superalloy με βάση το νικέλιο: πιο συνηθισμένη, καλύτερη απόδοση

 Υπερκύμβηση με βάση το σίδηρο: χαμηλό κόστος, ελαφρώς κακή αντίσταση στη θερμότητα

 Superalloy με βάση το κοβάλτιο: Εξαιρετική αντι-οξείδωση και δυνατότητες κατά της διάβρωσης

1. Στερεό διάλυμα ενίσχυσε κράματα υψηλής θερμοκρασίας

Προκειμένου να δημιουργηθούν συστάδες στερεών διαλύματος και να αυξήσουν το περιεχόμενο του στερεού διαλύματος του πίνακα κράματος υψηλής θερμοκρασίας, τα στοιχεία στερεού διαλύματος στο κράμα διαλύονται στη μήτρα.

 Φόντα:Βελτιώστε τη δύναμη, τη σκληρότητα, την ανθεκτικότητα και τη φθορά των κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας

 Μειονεκτήματα:Είναι εύκολο να παραχθούν φαινόμενα όπως μειωμένα ιζήματα και εύθραυστη μήτρα, η οποία επηρεάζει την αντοχή στην κόπωση και την ανθεκτικότητα των κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας

 Εφαρμογή:Κατάλληλο για βραχυπρόθεσμα περιβάλλοντα επιπτώσεων υψηλής θερμοκρασίας, όπως περιβλήματα αεριοστροβίλων.

2. Η κατακρήμνιση ενίσχυσε τα κράματα υψηλής θερμοκρασίας

Αναφέρεται στην προσθήκη ορισμένων στοιχείων καθίζησης στο κράμα υψηλής θερμοκρασίας για να σχηματίσει μια μικροσκοπική φάση με τα στοιχεία της μήτρας, αυξάνοντας έτσι την αντοχή κάμψης και διάτμησης του κράματος υψηλής θερμοκρασίας.

 Φόντα:

- Βελτιώστε την αντίσταση οξείδωσης και την αντίσταση στη διάβρωση των κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας

- Βελτίωση της πλαστικότητας, της σκληρότητας και της δύναμης σε υψηλές θερμοκρασίες

 Μειονεκτήματα:Εύκολη διαμόρφωση επιφανειακών ρωγμών, χαλαρότητας και άλλων προβλημάτων, μειώνοντας την ποιότητα και τη διάρκεια ζωής των κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας

 Εφαρμογή:Κατάλληλο για μακροπρόθεσμα εξαρτήματα υπηρεσιών υψηλής θερμοκρασίας, όπως λεπίδες στροβίλου κινητήρα αεροσκαφών

3.

Μέσω της θερμικής επεξεργασίας, η φάση ενίσχυσης καταβυθίζεται για να βελτιωθεί η σκληρότητα και η αντίσταση στη θερμότητα

 Φόντα: Ρυθμιζόμενη σκληρότητα και απόδοση

 Εφαρμογή: Κατάλληλο για μακροχρόνια υπηρεσία σε υψηλές θερμοκρασίες

4.

Ο στόχος είναι να αυξηθεί η δύναμη και η σκληρότητα του κράματος προσθέτοντας διάσπαρτα σκληρά σωματίδια. Για να αυξηθεί η αντοχή και η σκληρότητα του βασικού μετάλλου, αυτά τα σκληρά σωματίδια-τα οποία μπορεί να είναι οξείδια, καρβίδια, κλπ. Τ-μορφή ομοιόμορφα διασκορπισμένα σωματίδια μέσα στο βασικό μέταλλο.

 Φόντα: Καλή αντίσταση κόπωσης και δύναμη υψηλής θερμοκρασίας

 Εφαρμογή: Suitable for extremely high-temperature environments (>1200 βαθμοί)

1.

Αναφέρεται σε κράματα υψηλής θερμοκρασίας που μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία ζεστών και κρύων με σφυρηλάτηση, τροχαίο, εξώθηση και άλλες διαδικασίες.

 Χαρακτηριστικά: καλή πλαστικότητα, υψηλή αντοχή, κατάλληλη για σύνθετες δομές

 Θερμοκρασία εργασίας: -253 ~ 1320 βαθμός

 Εφαρμογή: Δίσκος στροβίλου κινητήρα αεροσκαφών, περίβλημα

2.

Το υλικό κράματος που προετοιμάζει άμεσα μέρη με τη μέθοδο χύτευσης ονομάζεται κράμα υψηλής θερμοκρασίας.

Σύμφωνα με το Matrix, μπορεί να χωριστεί σε κράμα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το σίδηρο, κράμα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο και κράμα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το κοβάλτιο

Σύμφωνα με τη μέθοδο κρυστάλλωσης, μπορεί να χωριστεί σε κράμα υψηλής θερμοκρασίας από πολυκρυσταλλική χύτευση, κράμα υψηλής θερμοκρασίας, κατευθυντήρια κράμα υψηλής θερμοκρασίας.

 Χαρακτηριστικά: Κατάλληλο για περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας και σύνθετα στρες, το κράμα ενός κρυστάλλου δεν έχει όρια κόκκων και καλή απόδοση ερπυσμού

 Εφαρμογή: λεπίδες στροβίλου κινητήρα αεροσκαφών

3.

Πρόκειται για ένα κράμα υψηλής θερμοκρασίας που κατασκευάζεται από μια διαδικασία μεταλλουργίας σε σκόνη.

Σύμφωνα με τη μέθοδο ενίσχυσης κράματος, χωρίζεται σε τύπο ενίσχυσης και βροχόπτωσης.

 Χαρακτηριστικά: ομοιόμορφη δομή, χωρίς διαχωρισμό, εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία αντοχή

 Εφαρμογή: δίσκος αεροδιαστημικής μηχανής

4.

→ OSD: Η διασπορά του οξειδίου ενισχύθηκε το υπερκύνημα

Η ενίσχυση της διασποράς οξειδίου των υπερκράτων αναφέρεται σε μια νέα μέθοδο ενίσχυσης που προσθέτει μια ορισμένη ποσότητα θερμοδυναμικά σταθερής οξειδίων στο υπερκράτηση για να τα διασκορπιστεί στη μήτρα και να σχηματίζουν μια φάση διασποράς οξειδίου που είναι αδιάλυτη στη μήτρα, ενισχύοντας περαιτέρω το κράμα. Συνήθως παρασκευάζεται με μηχανικό κράμα.

 Χαρακτηριστικά: Ισχυρή αντίσταση ερπυσμού άνω των 1200 βαθμών

 Εφαρμογή: αεροδιαστημική μηχανή

Αεροδιαστημική: Μηχανές αεροσκαφών, λεπίδες στροβίλου, θαλάμους καύσης

Αεριοστρόβιλοι: Συστατικά υψηλής θερμοκρασίας των αεριοστροβίλων για σταθμούς παραγωγής ενέργειας

Πυρηνική βιομηχανία: δομές πυρηνικού αντιδραστήρα

Βιομηχανία αυτοκινήτων: Μέρη κινητήρα υψηλής απόδοσης

Πετροχημική βιομηχανία: εξοπλισμός ανθεκτικού στη διάβρωση