Hvad er legeringer med høj temperatur?

En høje temperaturlegering er ethvert legeringsmateriale, der kan fungere støt i en længere periode i et miljø med høje temperaturer og stress. Det er også kendt som Superalloy og har en høj legeringsstyrke. Det bruges i vid udstrækning i alvorlige omgivelser med høj temperatur, herunder de nukleare, petrokemiske, gasturbin, luftfarts- og bilindustrier.

Udviklingen af ​​moderne gasturbiner og luftfartsmotorer er blevet væsentligt hjulpet af fremkomsten af ​​legeringer med høj temperatur, som giver dem mulighed for at fungere ved større temperaturer, øge forbrændingseffektiviteten og bruge mindre energi.

Typiske egenskaber:

- Højstemperaturstyrke

- God oxidation og korrosionsbestandighed

- god træthedspræstation

- God brudhønehed

Den metallografiske struktur er det lille netværk af korn og kanterne mellem dem i høje temperaturlegeringer. Det har en stor indflydelse på legeringens mekaniske egenskaber, som hvor godt det modstår høje temperaturer og kryb. Forskellige typer af høje temperaturlegeringer (nikkelbaseret, jernbaseret, koboltbaseret) har forskellige mikrostrukturer på grund af deres forskellige sammensætninger.

 fase:Ansigtscentreret kubisk (FCC) struktur, som den vigtigste bærende fase af legeringen, der er ansvarlig for den samlede styrke

 'Fase:Bestilt ansigt-centreret kubisk struktur, styrkelse af fasen, forbedring af høj temperaturstyrke

 "Fase:Forstyrret ansigt-centreret kubisk struktur, som en styrkende fase i nogle nikkelbaserede legeringer, såsom Inconel 718

 Karbid:En høj temperaturstabil fase, der kan hindre korngrænse glidning og drift, forbedre krybens ydeevne og forbedre korngrænsestabiliteten

1. Nikkelbaserede legeringer med høj temperatur

Inden for hele området med høje temperaturlegeringer har nikkelbaserede legeringer en særlig betydelig position. Det er det oftest anvendt af de tre høje temperaturlegeringer, der er anvendt i produktionen af ​​jetmotorer til fly og de varmere komponenter i flere industrielle gasturbiner.

Dens primære komponent er nikkel (NI), der typisk udgør over 50% af den. For at forbedre dens modstand mod høje temperaturer, oxidation, korrosion og krybning indeholder den også Cobalt (CO), chrom (CR), molybdæn (MO), aluminium (AL), titanium (Ti), wolfram (W), rhenium (RE) og andre elementer.

Hovedpræstationer

- Maksimal driftstemperatur: Op til 1100 grad

-Fremragende styrke med høj temperatur og krybningsmodstand, velegnet til langvarig service med høj temperatur

- God oxidationsmodstand og sulfidkorrosionsbestandighed

- Nogle nikkelbaserede legeringer kan svejses og er lette at behandle

Fælles kvaliteter

- Inconel 718 (UNS N07718): Højtemperaturresistens og krybe modstand

- Hastelloy X (UNS N06002): Korrosionsbestandighed, velegnet til forbrændingskamre

- Waspaloy (UNS N07001): Fremragende høj temperaturstyrke

- Rene 41 (UNS N07041): Høj styrke, men vanskelig at behandle

- Nimonic 80A (UNS N07080): Gasturbineblade

Typiske applikationer

- Luftfartøjs motorblade, forbrændingskamre, dyser

- Gasturbinens hot endekomponenter, såsom forbrændingskamre og guide skovle

- Nuklear industriraktorkomponenter

- Petrokemisk korrosionsmiljø med høj temperatur

2. Iron-baseret høj-temperaturlegering

Varmebestandigt legeringsstål er et andet navn for jernbaseret højtemperaturlegering, som for det meste er sammensat af jern (Fe) (normalt større end 50%) med spormængder af legeringselementer som Ni og CR. Afhængig af dets normaliseringskriterier kan varmebestandigt legeringsstål klassificeres som martensit, austenit, perlit, ferrit osv.

Hovedpræstationer

- Brug af temperatur: 750 ~ 900 grad

- God oxidationsmodstand, velegnet til miljøer med høj temperatur

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

Fælles kvaliteter

Hastelloy d -205: Korrosionsbestandig høj temperaturanvendelse

Typisk anvendelse

- Gasturbinkomponenter (komponenter med lavere driftstemperatur)

- Luftfarts mindre komponenter

- Udstødningssystem og høje temperaturventiler i bilindustrien

3. Cobalt-baserede superlegeringer

Cobalt er grundlaget for Cobalt-baserede superlegeringer, der har ca. 60% kobolt i dem. For at øge varmemodstanden for superlegeringer skal komponenter som CR og Ni tilføjes samtidigt.

Hovedegenskaber

- Fremragende oxidationsmodstand og termisk korrosionsbestandighed, velegnet til ekstreme miljøer

- god høj temperaturstyrke, op til 1000 grad

- Fremragende slidstyrke; Nogle bruges til slidbestandige belægninger

Fælles kvaliteter

- Haynes 188 (UNS R30188): Stærk oxidationsmodstand

-Mar-M 509: Velegnet til gasturbineblade med høj temperatur

Typiske applikationer

- Gasturbinens hot endekomponenter, såsom forbrændingskamre

- Luftfartsmaskinens turbineblade

- Nukleær industri højtemperaturudstyr

- Slidbestandige komponenter, såsom ventiler og lejer

 Nikkelbaseret superlegoy: mest almindelige, bedste ydelse

 Jernbaseret superlegering: lave omkostninger, lidt dårlig varmemodstand

 Cobalt-baserede superlegering: Fremragende antioxidation og anti-korrosionsfunktioner

1. solid opløsning styrket høje temperaturlegeringer

For at skabe faste opløsningsklynger og hæve det faste opløsningselementindhold i højtemperaturlegeringsmatrixen opløses de faste opløsningselementer i legeringen i matrixen.

 Fordele:Forbedre styrken, hårdheden, sejhed og slidbestandighed af legeringer med høj temperatur

 Ulemper:Det er let at fremstille fænomener, såsom reducerede bundfald og sprød matrix, hvilket påvirker træthedsmodstanden og sejheden i høje temperaturlegeringer

 Anvendelse:Velegnet til kortvarige påvirkningsmiljøer med høj temperatur, såsom gasturbinforbindelser.

2. Udfældning styrket høje temperaturlegeringer

Det henviser til at tilføje en vis mængde nedbørelementer til høj-temperaturlegeringen for at danne en mikroskopisk fase med elementerne i matrixen, hvilket øger bøjnings- og forskydningsresistensen for højtemperaturlegeringen.

 Fordele:

- Forbedre oxidationsmodstanden og korrosionsmodstanden for høje temperaturlegeringer

- Forbedre plasticitet, sejhed og styrke ved høje temperaturer

 Ulemper:Let at danne overflade revner, løshed og andre problemer, hvilket reducerer kvaliteten og levetiden for høje temperaturlegeringer

 Anvendelse:Velegnet til langvarige serviceddele

3. aldringsstyrke høje temperaturlegeringer

Gennem varmebehandling udfældes styrkningsfasen for at forbedre hårdhed og varmemodstand

 Fordele: Justerbar hårdhed og ydeevne

 Anvendelse: Velegnet til langvarig service ved høje temperaturer

4. spredningsstyrket høje temperaturlegeringer

Målet er at øge legeringens styrke og hårdhed ved at tilføje spredte hårde partikler. For at øge basismetalens styrke og hårdhed kan disse hårde partikler-der kan være oxider, carbider osv. FORME, jævnt spredte partikler i basismetallet.

 Fordele: God træthedsmodstand og høj temperaturstyrke

 Anvendelse: Suitable for extremely high-temperature environments (>1200 grad)

1. deformeret superlegering

Det henviser til legeringer med høj temperatur, der kan behandles varmt og koldt ved smedning, rullende, ekstrudering og andre processer.

 Funktioner: god plasticitet, høj styrke, velegnet til komplekse strukturer

 Arbejdstemperatur: -253 ~ 1320 grad

 Anvendelse: flysmotors turbinedisk, foringsrør

2. Cast Superalloy

Legeringsmaterialet, der direkte forbereder dele ved støbningsmetode, kaldes støbning af høj temperaturlegering.

I henhold til matrixen kan den opdeles i jernbaseret støbning af høj temperaturlegering, nikkelbaseret støbning af høj temperaturlegering og koboltbaseret støbning af høj temperaturlegering

I henhold til krystallisationsmetoden kan den opdeles i polykrystallinsk støbning af høj temperaturlegering, retningsbestemt størkningstøbning af høj temperatur, retningsbestemt eutektisk støbning af høj temperatur og enkelt krystalstøbning af høj temperaturlegering.

 Funktioner: Velegnet til høje temperatur og komplekse stressmiljøer har en enkelt krystallegering ingen korngrænse og god krybning

 Anvendelse: fly -motorsturbineblade

3. Power Superalloy

Det er en høj-temperaturlegering fremstillet af en pulvermetallurgi-proces.

I henhold til legeringsmetoden er den opdelt i dispersionsstyrke -type og nedbørsforstærkningstype.

 Funktioner: ensartet struktur, ingen adskillelse, ekstremt høj temperaturstyrke

 Anvendelse: Aerospace Engine Disk

4. ODS Superalloy

→ OSD: Oxiddispersion styrket superlegering

Styrkelse af oxiddispersion af superlegeringer henviser til en ny styrkelsesmetode, der tilføjer en vis mængde termodynamisk stabile oxider til superlegeringen for at sprede dem i matrixen og danne en oxiddispersionsfase, der er uopløselig i matrixen, hvilket yderligere styrker legeringen yderligere. Det fremstilles normalt ved mekanisk legering.

 Funktioner: Stærk krybningsmodstand over 1200 grader

 Anvendelse: Aerospace Engine

Aerospace: Flymotorer, turbineblad, forbrændingskamre

Gasturbiner: Højtemperaturkomponenter i gasturbiner til kraftværker

Atomindustri: atomreaktorstrukturer

Automotive industri: Motordele med høj ydeevne

Petrokemisk industri: Korrosionsbestandigt udstyr