Vad är högtemperaturlegeringar?

En hög temperaturlegering är alla legeringsmaterial som kan fungera stadigt under en längre tid i en miljö med höga temperaturer och stress. Det är också känt som Superalloy och har en hög legeringsstyrka. Det används i stor utsträckning i höga temperatur svåra inställningar, inklusive kärnkrafts-, petrokemiska, gasturbin-, flyg- och bilindustrin.

Utvecklingen av samtida gasturbiner och flygmotorer har väsentligen stöds av uppkomsten av högtemperaturlegeringar, som gör att de kan arbeta vid större temperaturer, öka förbränningseffektiviteten och använda mindre energi.

Typiska egenskaper:

- Högre högtemperaturstyrka

- Bra oxidation och korrosionsmotstånd

- Bra trötthetsprestanda

- Bra fraktursughet

Den metallografiska strukturen är det lilla nätverket av korn och kanterna mellan dem i högtemperaturlegeringar. Det har en stor inverkan på legeringens mekaniska egenskaper, som hur väl den motstår höga temperaturer och kryp. Olika typer av högtemperaturlegeringar (nickelbaserade, järnbaserade, koboltbaserade) har olika mikrostrukturer på grund av deras olika kompositioner.

 fas:Ansiktscentrerad kubisk (FCC) -struktur, som legeringens huvudsakliga bärande fas, ansvarig för den totala styrkan

 'Fas:Beställd ansiktscentrerad kubisk struktur, förstärkande fas, förbättrar hög temperaturstyrka

 "Fas:Störda ansiktscentrerade kubiska strukturer, som en förstärkningsfas i vissa nickelbaserade legeringar såsom Inconel 718

 Karbid:En hög temperatur stabil fas som kan hindra korngränsskjutning och drift, förbättra krypprestanda och förbättra korngränsstabiliteten

1. Nickelbaserade högtemperaturlegeringar

Inom hela fältet med hög temperaturlegeringar har nickelbaserade legeringar en särskilt betydande position. Det är den oftast som används av de tre högtemperaturlegeringarna, som används vid produktion av jetmotorer för flygplan och de varmare komponenterna i flera industriella gasturbiner.

Dess primära komponent är nickel (Ni), som vanligtvis utgör över 50% av den. För att förbättra dess motstånd mot höga temperaturer, oxidation, korrosion och krypning innehåller den också kobolt (CO), krom (CR), molybden (MO), aluminium (Al), titan (Ti), volfram (W), Rhenium (Re) och andra element.

Huvudföreställning

- Maximal driftstemperatur: upp till 1100 grader

-Utmärkt högtemperaturstyrka och krypmotstånd, lämplig för långvarig hög temperaturtjänst

- Bra oxidationsmotstånd och sulfidkorrosionsbeständighet

- Vissa nickelbaserade legeringar kan svetsas och är lätta att bearbeta

Gemensamma betyg

- Inconel 718 (UNS N07718): Högtemperaturmotstånd och krypmotstånd

- Hastelloy X (UNS N06002): Korrosionsbeständighet, lämplig för förbränningskamrar

- Waspaloy (UNS N07001): Utmärkt högtemperaturstyrka

- Rene 41 (UNS N07041): Hög styrka, men svårt att bearbeta

- Nimonic 80A (UNS N07080): Gasturbinblad

Typiska applikationer

- Turbinblad för flygmotor, förbränningskamrar, munstycken

- Gasturbin heta slutkomponenter, såsom förbränningskamrar och styrskovlar

- Kärnkraftsreaktorkomponenter

- Petrokemisk högtemperaturkorrosionsmiljö

2. Järnbaserad högtemperaturlegering

Värmebeständig legeringsstål är ett annat namn för järnbaserad högtemperaturlegering, som mestadels består av järn (Fe) (vanligtvis större än 50%) med spårmängder av legeringselement som Ni och Cr. Beroende på de normaliserande kriterierna kan värmebeständig legeringsstål klassificeras som martensit, austenit, pärlit, ferrit, etc.

Huvudföreställning

- Användningstemperatur: 750 ~ 900 grader

- Bra oxidationsmotstånd, lämplig för miljöer med högtemperatur

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

Gemensamma betyg

Hastelloy D -205: Korrosionsresistent hög temperaturapplikation

Typisk applikation

- Gasturbinkomponenter (komponenter med lägre driftstemperatur)

- Aerospace Mindre komponenter

- Avgassystem och högtemperaturventiler i bilindustrin

3. Koboltbaserade superlegeringar

Kobolt är grunden för koboltbaserade superlegeringar, som har ungefär 60% kobolt i dem. För att öka värmemotståndet hos superlegeringar måste komponenter som CR och Ni läggas till samtidigt.

Huvudegenskaper

- Utmärkt oxidationsmotstånd och termisk korrosionsbeständighet, lämplig för extrema miljöer

- Bra högtemperaturstyrka, upp till 1000 grader

- Utmärkt slitmotstånd; Vissa används för slitstödda beläggningar

Gemensamma betyg

- Haynes 188 (UNS R30188): Stark oxidationsmotstånd

-Mar-M 509: Lämplig för högtemperatur gasturbinblad

Typiska applikationer

- Gasturbin heta slutkomponenter, såsom förbränningskamrar

- Turbinblad i flygmotorn

- Kärnbranschens hög temperaturutrustning

- Slitresistenta komponenter, såsom ventiler och lager

 Nickelbaserad Superalloy: vanligaste, bästa prestanda

 Järnbaserad superlegering: låg kostnad, något dåligt värmebeständighet

 Koboltbaserad superlegering: Enastående antioxidation och antikorrosionsfunktioner

1. Solid lösning förstärkte legeringar med hög temperatur

För att skapa fasta lösningskluster och höja det fasta lösningselementets innehåll i den höga temperaturlegeringsmatrisen, löses de fasta lösningselementen i legeringen i matrisen.

 Fördelar:Förbättra styrkan, hårdheten, segheten och slitmotståndet hos hög temperaturlegeringar

 Nackdelar:Det är lätt att producera fenomen som reducerade fällningar och spröd matris, som påverkar trötthetsresistensen och segheten hos hög temperaturlegeringar

 Ansökan:Lämplig för kortvariga högtemperatur påverkar miljöer, såsom gasturbinhöljen.

2. Utfällning förstärkte legeringar med högt temperatur

Den hänvisar till att tillsätta en viss mängd nederbördselement till högtemperaturlegeringen för att bilda en mikroskopisk fas med elementen i matrisen och därmed öka böj- och skjuvmotståndet hos hög temperaturlegeringen.

 Fördelar:

- Förbättra oxidationsmotståndet och korrosionsbeständigheten hos hög temperaturlegeringar

- Förbättra plasticitet, seghet och styrka vid höga temperaturer

 Nackdelar:Lätt att bilda ytsprickor, löshet och andra problem, vilket minskar kvaliteten och livslängden för högtemperaturlegeringar

 Ansökan:Lämplig för långvariga högtemperaturservicedelar, såsom flygmotorturbinblad

3. Åldrningsförstärkta högtemperaturlegeringar

Genom värmebehandling fälls förstärkningsfasen för att förbättra hårdhet och värmebeständighet

 Fördelar: Justerbar hårdhet och prestanda

 Ansökan: Lämplig för långsiktig service vid höga temperaturer

4. Dispersionsstyrkade högtemperaturlegeringar

Målet är att öka legeringens styrka och hårdhet genom att tillsätta spridda hårda partiklar. För att öka basmetallens styrka och hårdhet kan dessa hårda partiklar som är oxider, karbider etc.-form jämnt spridda partiklar i basmetallen.

 Fördelar: God trötthetsmotstånd och hög temperaturstyrka

 Ansökan: Suitable for extremely high-temperature environments (>1200 grader)

1. Deformerad superlegering

Den hänvisar till högtemperaturlegeringar som kan bearbetas varmt och kallt genom att smida, rulla, extrudering och andra processer.

 Drag: god plasticitet, hög styrka, lämplig för komplexa strukturer

 Arbetstemperatur: -253 ~ 1320 examen

 Ansökan: flygmotorturbinskiva, hölje

2. Gjuten superlegering

Legeringsmaterialet som direkt förbereder delar med gjutningsmetod kallas gjutning av hög temperaturlegering.

Enligt matrisen kan den delas upp i järnbaserad gjutning av hög temperaturlegering, nickelbaserad gjutning av hög temperaturlegering och koboltbaserad gjutning av hög temperaturlegering

Enligt kristallisationsmetoden kan den delas upp i polykristallin gjutning av hög temperaturlegering, riktad stelning gjutning av hög temperaturlegering, riktad eutektisk gjutning av hög temperaturlegering och enkelkristallgjutning av hög temperaturlegering

 Drag: Lämplig för högtemperatur och komplexa stressmiljöer, enkristalllegering har ingen korngräns och god krypprestanda

 Ansökan: flygmotorturbinblad

3. Power Superalloy

Det är en högtemperaturlegering tillverkad av en pulvermetallurgiprocess.

Enligt metoden för legeringsförstärkning är den uppdelad i typen av dispersionsförstärkning och nederbörd förstärkningstyp.

 Drag: enhetlig struktur, ingen segregering, extremt hög temperaturstyrka

 Ansökan: Aerospace Engine Disk

4. ODS Superalloy

→ OSD: Oxiddispersion förstärkt superlegering

Oxiddispersionsförstärkning av superlegeringar hänvisar till en ny förstärkningsmetod som tillför en viss mängd termodynamiskt stabila oxider till superlegeringen för att sprida dem i matrisen och bilda en oxiddispersionsfas som är olöslig i matrisen och därmed ytterligare stärka legeringen. Det framställs vanligtvis genom mekanisk legering.

 Drag: Stark krypmotstånd över 1200 grader

 Ansökan: flyg- och rymdmotor

Aerospace: Flygmotorer, turbinblad, förbränningskamrar

Gasturbiner: Högtemperaturkomponenter i gasturbiner för kraftverk

Kärnbransch: Kärnreaktorstrukturer

Bilindustrin: Högpresterande motordelar

Petrokemisk industri: Korrosionsbeständig utrustning