Co to są stopy w wysokiej temperaturze?

Stop o wysokiej temperaturze to każdy materiał ze stopu, który może funkcjonować stale przez dłuższy czas w środowisku o wysokich temperaturach i stresie. Jest również znany jako Superalloy i ma wysoką siłę stopową. Jest szeroko stosowany w ciężkich ustawieniach o wysokiej temperaturze, w tym w przemysłach nuklearnych, petrochemicznych, turbiny gazowej, lotniczej i motoryzacyjnej.

Rozwój współczesnych turbin gazowych i silników lotniczych zasadniczo wspomagał pojawienie się stopów o wysokiej temperaturze, które pozwalają im działać w większych temperaturach, zwiększać wydajność spalania i zużywać mniej energii.

Typowe właściwości:

- Wyższa siła wysokotemperatura

- Dobre utlenianie i odporność na korozję

- Dobra wydajność zmęczenia

- Dobra wytrzymałość złamań

Struktura metalograficzna jest niewielką siecią ziaren i krawędzi między nimi w stopach o wysokiej temperaturze. Ma to duży wpływ na właściwości mechaniczne stopu, takie jak to, jak dobrze opiera się wysokie temperatury i pełzanie. Różne typy stopów o wysokiej temperaturze (nikiel, na bazie żelaza, na bazie kobaltu) mają różne mikrostruktury ze względu na ich różne skład.

 faza:Struktura sześcienna (FCC) skoncentrowana na twarzy, jako główna faza obciążenia stopu, odpowiedzialna za ogólną wytrzymałość

 „Faza:Uporządkowana struktura sześcienna skoncentrowana na twarzy, faza wzmacniająca, poprawiając wytrzymałość wysokiej temperatury

 „Faza:Nieuporządkowana struktura sześcienna skoncentrowana na twarzy, jako faza wzmacniająca w niektórych stopach niklu, takich jak Inconel 718

 Węglik:Stabilna faza o wysokiej temperaturze, która może utrudniać przesuwanie granicy ziarna i dryfować, poprawić wydajność pełzania i poprawić stabilność granicy ziarna

1. Stopy w wysokiej temperaturze na bazie niklu

W całym polu stopów o wysokiej temperaturze stopy na bazie niklu mają szczególnie znaczącą pozycję. Jest to najczęściej używany z trzech stopów o wysokiej temperaturze, stosowanych w produkcji silników odrzutowych do samolotów i cieplejszych elementów kilku przemysłowych turbin gazowych.

Jego głównym składnikiem jest nikiel (NI), który zwykle stanowi ponad 50% z nich. Aby poprawić jego odporność na wysokie temperatury, utlenianie, korozję i pełzanie, zawiera również kobalt (CO), chrom (CR), molibden (MO), aluminium (AL), tytan (Ti), wolfram (W), rhenium (RE) i inne elementy.

Główna wydajność

- Maksymalna temperatura robocza: do 1100 stopni

-Doskonała wytrzymałość w wysokiej temperaturze i odporność na pełzanie, odpowiednia do długoterminowej usługi w wysokiej temperaturze

- Dobra odporność na utlenianie i odporność na korozję siarczku

- Niektóre stopy na bazie niklu mogą być spawane i są łatwe do przetworzenia

Wspólne oceny

- Inconel 718 (UNS N07718): Odporność na wysoką temperaturę i odporność na pełzanie

- Hastelloy X (UNS N06002): Odporność na korozję, odpowiednia do komorów spalania

- Waspaloy (UNS N07001): Doskonała siła w wysokiej temperaturze

- Rene 41 (UNS N07041): Wysoka siła, ale trudna do przetworzenia

- Nimonic 80a (UNS N07080): Blogi turbiny gazowe

Typowe zastosowania

- Turbiny silnika samolotu, komory spalania, dysze

- Składniki gorącego turbiny gazowej, takie jak komory spalania i łopatki przewodników

- Elementy reaktora nuklearnego

- Petrochemiczne środowisko korozji o wysokiej temperaturze

2. Stop w wysokiej temperaturze na bazie żelaza

Stal stopniowy opornej na ciepło to inna nazwa stopu o wysokiej temperaturze na bazie żelaza, który składa się głównie z żelaza (Fe) (zwykle większego niż 50%) ze śladowymi ilościami elementów stopowych, takich jak NI i CR. W zależności od jego normalizowanych kryteriów, oporna na ciepło stal stopowa można zaklasyfikować jako martenzyt, austenit, perlit, ferryt itp.

Główna wydajność

- Zastosowanie temperatury: 750 ~ 900 stopni

- Dobra odporność na utlenianie, odpowiednia dla środowisk w wysokiej temperaturze

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

Wspólne oceny

Hastelloy D -205: aplikacja o wysokiej temperaturze oporna na korozję

Typowa aplikacja

- Elementy turbiny gazowej (komponenty o niższej temperaturze roboczej)

- Minone komponenty lotnicze

- Układ wydechowy i zawory o wysokiej temperaturze w branży motoryzacyjnej

3. Superalloys oparte na kobalcie

Cobalt jest podstawą superalloysów na bazie kobaltu, które mają około 60% kobaltu. Aby zwiększyć odporność na ciepło nadprzewodników, komponenty takie jak CR i NI muszą być dodawane jednocześnie.

Główne właściwości

- Doskonała odporność na utlenianie i odporność na korozję termiczną, odpowiednie dla ekstremalnych środowisk

- Dobra siła w wysokiej temperaturze, do 1000 stopni

- doskonała odporność na zużycie; niektóre używane do powłok odpornych na zużycie

Wspólne oceny

- Haynes 188 (UNS R30188): Silna odporność na utlenianie

-MAR-M 509: Nadaje się do ostrzy turbin gazowych o wysokiej temperaturze

Typowe zastosowania

- Składniki gorącego turbiny gazowej, takie jak komory spalania

- Turbiny silnika samolotu

- Sprzęt w branży nuklearnej

- komponenty odporne na zużycie, takie jak zawory i łożyska

 Superalloy na bazie niklu: najczęstsza, najlepsza wydajność

 Superalloy na bazie żelaza: niski, nieco słaby odporność na ciepło

 Superalloy oparty na kobalcie: wybitne możliwości przeciwutleniające i antykorozowe

1. Roztwór stałego wzmocniony stopami o wysokiej temperaturze

W celu utworzenia klastrów roztworu stałych i podniesienia zawartości elementu roztworu stałego w macierzy stopowa o wysokiej temperaturze, elementy roztworu stałego w stopie rozpuszczane są w matrycy.

 Zalety:Popraw siłę, twardość, wytrzymałość i odporność na zużycie stopów w wysokiej temperaturze

 Wady:Łatwo jest wytwarzać zjawiska, takie jak zmniejszone osady i krucha macierz, co wpływa na odporność na zmęczenie i wytrzymałość stopów o wysokiej temperaturze

 Aplikacja:Nadaje się do krótkoterminowych środowisk wpływowych o wysokiej temperaturze, takich jak obudowy turbiny gazowej.

2. Opady wzmocnione stopami o wysokiej temperaturze

Odnosi się to do dodania pewnej ilości elementów opadów do stopu o wysokiej temperaturze, aby utworzyć fazę mikroskopową z elementami w matrycy, zwiększając w ten sposób oporność na zginanie i ścinanie stopu o wysokiej temperaturze.

 Zalety:

- Popraw odporność na utlenianie i oporność na korozję stopów o wysokiej temperaturze

- Popraw plastyczność, wytrzymałość i siłę w wysokich temperaturach

 Wady:Łatwe w celu wytworzenia pęknięć powierzchniowych, luźności i innych problemów, zmniejszając jakość i żywotność stopów wysokotemperaturowych

 Aplikacja:Nadaje się do długoterminowych części serwisowych o wysokiej temperaturze, takie jak łopatki turbiny silnikowej samolotu

3. Stopy o wysokiej temperaturze starzenia

Poprzez obróbkę cieplną fazę wzmacniania jest wytrącana w celu poprawy twardości i odporności na ciepło

 Zalety: Regulowana twardość i wydajność

 Aplikacja: Odpowiedni do długoterminowej obsługi w wysokich temperaturach

4. Stopy o wysokiej temperaturze z dyspersją

Celem jest zwiększenie siły i twardości stopu poprzez dodanie rozproszonych twardych cząstek. Aby zwiększyć wytrzymałość i twardość metalu bazowego, te twarde cząsteczki-które mogą być tlenkami, węglikami itp. Wyrównane cząsteczki w metalu bazowym.

 Zalety: Dobra odporność na zmęczenie i wytrzymałość w wysokiej temperaturze

 Aplikacja: Suitable for extremely high-temperature environments (>1200 stopni)

1. Deformowany Superalloy

Odnosi się do stopów w wysokiej temperaturze, które mogą być przetwarzane na gorąco i zimno, tworząc, toczące, wytłaczanie i inne procesy.

 Cechy: dobra plastyczność, wysoka wytrzymałość, odpowiednia dla złożonych konstrukcji

 Temperatura pracy: -253 ~ 1320 stopnia

 Aplikacja: Dysk turbinowy silnika samolotu, obudowa

2. Cast Superalloy

Materiał ze stopu, który bezpośrednio przygotowuje części metodą odlewania, nazywa się stopem odlewu wysokiej temperatury.

Zgodnie z matrycą można go podzielić na oparty na żelazie stopy w wysokiej temperaturze, stopy odlewające nikiel wysokiej temperatury i casting na bazie kobaltu w wysokiej temperaturze

Zgodnie z metodą krystalizacji można go podzielić na polikrystaliczny stop o wysokiej temperaturze, stopowy stop ten temperaturowy, kierunkowy stop o wysokiej temperaturze i stopienie o wysokiej temperaturze kryształowej i stopy odlewania pojedynczego kryształu wysokiej temperatury stopu temperatury

 Cechy: Nadaje się do środowisk stresowych o wysokiej temperaturze i złożonym, a stopa z jednego kryształu nie ma granicy ziarna i dobrej wydajności pełzania

 Aplikacja: Ostrza turbiny silnika samolotu

3. Power Superalloy

Jest to stop o wysokiej temperaturze wykonany w procesie metalurgii proszku.

Zgodnie z metodą wzmacniania stopu jest ona podzielona na rodzaj wzmacniania dyspersji i typu wzmacniania opadów.

 Cechy: Struktura jednolitej, bez segregacji, niezwykle wysoka wytrzymałość temperatury

 Aplikacja: Dysk silnika lotniczego

4. ODS Superalloy

→ OSD: dyspersja tlenku wzmocniona Superalloy

Wzmocnienie dyspersji tlenku Superallouszów odnosi się do nowej metody wzmocnienia, która dodaje pewną ilość stabilnych termodynamicznie tlenków do Superalloy, aby rozproszyć je w matrycy i utworzyć fazę dyspersji tlenku, która jest nierozpuszczalna w matrycy, co dodatkowo wzmacniają stopę. Zazwyczaj jest on przygotowywany przez stopnie mechaniczne.

 Cechy: Silna odporność na pełzanie powyżej 1200 stopni

 Aplikacja: Silnik lotniczy

Aerospace: Silniki samolotów, ostrza turbiny, komory spalania

Turbiny gazowe: Wysokie temperatura turbin gazowych do elektrowni

Przemysł nuklearny: struktury reaktora jądrowego

Przemysł motoryzacyjny: wysokowydajne części silników

Przemysł petrochemiczny: sprzęt odporny na korozję