Superalloos, jota kutsutaan myös korkeaksi - suoritusseokseksi) on edistyneiden metallimateriaalien luokka, joka on suunniteltu säilyttämään poikkeukselliset mekaaniset ominaisuudet -, kuten korkea lujuus, hiipimäkestävyys, väsymyksen vastus ja sitkeys - jopa äärimmäisissä käytöksissä, mukaan lukien korotetut lämpötilat (usein ylittävät 540 asteen /1 000 asteen F) ja korkeuspaikat, jotka ovat usein ylittäviä. tai oksidatiiviset ympäristöt. Toisin kuin tavanomaiset seokset, superseokset on suunniteltu ylläpitämään rakenteellista eheyttä ja suorituskyvyn vakautta vaadittavissa sovelluksissa, joissa standardimetallit heikkenisivät tai epäonnistuvat.
Tärkeimpiä ominaisuuksia, jotka määrittelevät superseokset, sisältävät:
Erinomainen korkea - Lämpötilan lujuus (muodonmuutoksen kestäminen jatkuvan lämmön ja kuorman alla).
Ylivoimainen virumiskestävyys (pysyvä muodonmuutoksen minimoiminen pitkillä ajanjaksoilla korkeissa lämpötiloissa).
Voimakas vastus korroosiolle, hapettumiselle ja lämpöväsymykselle (toistuvien lämmitys-/jäähdytyssyklien aiheuttama halkeama).
Yhteensopivuus monimutkaisten valmistusprosessien (esim. Casting, Forging, lisäaineiden valmistus) kanssa monimutkaisten komponenttien muodostamiseksi.
Yleisiä superseosien tyyppejä ovat nikkeli - -pohjainen, koboltti - -pohjainen ja rauta - -pohjaiset variantit, sovelluksilla, jotka kattavat ilmailu- ja turbiinin terät, moottorin komponentit), sähköntuotanto (kaasuturbiiniosat), kemialliset prosessoinnit (korkeat -} lämpötilareaktorit) ja lääketieteelliset laitteet (improfantit).
"Vaikeimman" superseoksen määrittäminen on konteksti - riippuvainen, koska kovuus vaihteleelämmönkäsittely, mikrorakenteelliset muutokset(esim., sademäärä kovettuminen, viljan hienosäätö) jamittausmenetelmä(esim. Rockwell C [HRC], Vickers [HV]). Useat superseosperheet ja erityiset arvosanat erottuvat kuitenkin poikkeuksellisesta kovuudesta, usein tasapainossa muiden kriittisten ominaisuuksien kanssa (esim. High - lämpötilan vakaus):
Sademäärä - kovettunut nikkeli - perustuvat superseosit
Tietyillä nikkelillä - perustuvat superseokset, kun ne on optimoitu lämpökäsittelyn kautta, on erittäin suuri kovuus. Esimerkiksi:
Inconel 718 (UNS N07718): Täysin vanhennetussa tilassa (esim. Ratkaisu -, käsitelty 980 asteessa, sitten kaksinkertainen -, jonka ikä on 720 astetta ja 620 astetta), se saavuttaa kovuuden ~ 38–42 HRC (Vickers -kovuus ~ 370–410 HV). Sen kovuus syntyy '' (gamma kaksinkertaisen prime, ni₃nb) ja '(gamma prime, ni₃al, ti) muodostumisesta, jotka estävät dislokaation liikkeen.
Waspaloy (UNS N07001): Ikääntyneen huipun lujuuden saavuttamiseksi se saavuttaa ~ 35–38 HRC (HV ~ 340–370), kun 'saostumat ohjaavat sen kovuutta ja korkeaa - lämpötilan voimakkuutta.
Koboltti - perustuvat superseokset, joissa on karbidevahvistus
Koboltti - pohjaiset superseosit johtavat merkittävän kovuuden karbidivaiheista (esim. Cr₃c₂, wc), joka on hajautettu matriisiin, parantaen kulumis- ja kulutusvastuksen - kriittistä - kulumista, korkea - lämpötilasovelluksia:
Stellite 6 (INS R30006): Klassinen koboltti - kromi - vongsten superalloos, sen tyypillinen kovuus on ~ 39–44 HRC (HV ~ 380–430) AS: ssä - valettu tai takaraja. Volframikarbidien (WC) ja kromikarbidien läsnäolo tekee siitä erittäin kulumisen - kestävän, käytettynä venttiilien istuimissa, leikkaustyökaluissa ja turbiinitiivisteissä.
Haynes 188 (UNS R30188): Koboltti - nikkeli - kromi superalloos, jolla on lisätty volframi, se saavuttaa ~ 32–36 HRC (HV ~ 320–350) ikääntyessään, tasapainottaen kovuutta hapettumiskestävyydellä 1149 asteeseen (2100 asteeseen F).
Rauta - perustuvat sademäärät - kovettetut superseokset
Vaikka jotkut raudat - pohjaiset superseosit tarjoavat huomattavan kovuuden tietyille käyttötarkoituksille yleensä vähemmän kovaa kuin nikkeli/koboltti -
17-4PH (UNS S17400): Martensitic -sademäärä - kovettunut ruostumatonta terästä (usein luokiteltu superseokseksi lievälle korkealle - lämpötilapalvelulle), sen H900 -ikäinen tila saavuttaa ~ 38–44 HRC (HV ~ 360–410) -, vaikka se on rajoitettu alempiin lämpötiloihin (~ 315 asteen /600 asteen f) verrattuna. nikkeli - perustuvat arvosanat.
On tärkeää huomata, että pelkästään "kovuus" on harvoin ainoa peruskriteeri superseoon valintaan; Sovellukset vaativat tyypillisesti kaupan - pois kovuuden, korkean - lämpötilan voimakkuuden, ulottuvuuden ja korroosionkestävyyden välillä. Esimerkiksi superseoksella, jolla on ultra - korkea kovuus, voi puuttua kaasuturbiinien teriin tarvittava ryömintävastus.
Nikkelin lämmönjohtavuus - -pohjaiset superseokset ovat suhteellisen alhaisia verrattuna tavanomaisiin metalleihin (esim. Alumiini, kupari) ja vaihteleekemiallinen koostumus(Erityisesti seostavien elementtien, kuten kromi, alumiini, titaani ja molybdeeni, pitoisuus)lämpötilajamikrorakenne(esim. Viljan koko, sakkavaiheet). Alla on keskeisten yksityiskohtien erittely:
Huoneenlämpötilassa (25 astetta /astetta F) useimpien nikkelin lämmönjohtavuus - -pohjaiset superseokset putoavat välillä10–25 W/(m·K)(Watts metriä kohti - Kelvin). Vertailun vuoksi puhtaan nikkelin lämmönjohtavuus on ~ 91 w/(m · k) huoneenlämpötilassa - seostuselementit (lisätty voimakkuuden ja korroosionkestävyyden parantamiseksi) vähentävät merkittävästi johtavuutta hajottamalla lämpö - kantofononeja ja elektroneja.
Nikkelin lämmönjohtavuus - perustuvat superseositkasvaa hieman lämpötilan noustessa(Palvelun rajoituksiaan, ~ 800–1200 astetta /1472–2192 astetta F). Tämä johtuu siitä, että korkeammissa lämpötiloissa fononista - välittämästä lämmönsiirrosta tulee hallitsevampaa (elektronia - välitetty siirto, joka on tehokkaampi alhaisissa lämpötiloissa, vaikuttaa vähemmän lämpötilan muutokset). Esimerkiksi:
Inconel 718: ~ 11 w/(m · k) 25 asteessa; ~ 18 w/(m · k) 600 asteessa; ~ 25 w/(m · k) 1000 asteessa.
Inconel 625: ~ 12 w/(m · k) 25 asteessa; ~ 19 w/(m · k) 600 asteessa; ~ 26 w/(m · k) 1000 asteessa.
CMSX - 4 (yksi - kide-nikkelipohjainen superalloos): ~ 10 w/(m · k) 25 asteessa; ~ 16 w/(m · k) 600 asteessa; ~ 22 w/(m · k) 1000 asteessa.
Seostavat elementit vaikuttavat voimakkaasti lämmönjohtavuuteen:
Kromi (CR): Lisätty hapetusvastukseen (tyypillisesti 15–25 painoprosenttia); vähentää johtavuutta häiritsemällä elektronivirtausta.
Alumiini (Al) ja titaani (TI): Avain muodostumiseen '(ni₃al, ti) saostuu (kriittinen korkealle - lämpötilalujuus); Näillä elementeillä on alhaisempi lämmönjohtavuus kuin nikkelillä, mikä vähentää seoksen yleistä johtavuutta.
Molybdeeni (MO) ja volframi (W): Lisätään hiipimisenkestävyyden parantamiseksi; Niiden suuri atomikokoinen sironta fononit vähentäen johtavuutta.
Matala lämmönjohtavuus on toivottava ominaisuus monille nikkelille - perustuvat superseossovellukset. Esimerkiksi kaasuturbiininterillä alhainen johtavuus auttaa eristämään terän ytimen palamiskaasujen äärimmäisestä lämmöstä (~ 1400 astetta /2552 astetta F), vähentäen lämpöjännitystä ja pidentäen komponenttien käyttöikää. Päinvastoin, lämmön hajoamista vaativissa sovelluksissa tämä alhainen johtavuus voi edellyttää suunnittelumuutoksia (esim. Jäähdytyskanavat) ylikuumenemisen estämiseksi.
