SuperAlloy (juga dirujuk sebagai aloi prestasi - yang tinggi) adalah kelas bahan -bahan logam maju yang direka untuk mengekalkan sifat -sifat mekanikal yang luar biasa - seperti kekuatan tinggi, rintangan merayap, ketahanan keletihan, persekitaran yang menghakis atau oksidatif. Tidak seperti aloi konvensional, superalloy direka untuk mengekalkan integriti struktur dan kestabilan prestasi dalam menuntut aplikasi di mana logam standard akan merendahkan atau gagal.
Ciri -ciri utama yang menentukan superalloy termasuk:
Kekuatan suhu tinggi - yang sangat baik (melawan ubah bentuk di bawah haba dan beban yang berterusan).
Rintangan creep unggul (meminimumkan ubah bentuk kekal dalam tempoh yang panjang pada suhu tinggi).
Rintangan kuat terhadap kakisan, pengoksidaan, dan keletihan terma (retak yang disebabkan oleh pemanasan/penyejukan berulang).
Keserasian dengan proses pembuatan kompleks (contohnya, pemutus, penempaan, pembuatan tambahan) untuk membentuk komponen yang rumit.
Jenis biasa superalloy termasuk nikel - berasaskan, kobalt - berasaskan, dan besi - varian berasaskan, dengan aplikasi yang merangkumi aeroangkasa (bilah turbin, komponen enjin), kekuatan).
Menentukan superalloy "paling sukar" adalah konteks - bergantung, kerana kekerasan berbeza denganrawatan haba, pengubahsuaian mikrostruktur(contohnya, pengerasan hujan, penghalusan bijirin), danKaedah pengukuran(contohnya, Rockwell C [HRC], Vickers [HV]). Walau bagaimanapun, beberapa keluarga superalloy dan gred khusus menonjol untuk kekerasan yang luar biasa, sering seimbang dengan sifat kritikal lain (contohnya, tinggi - kestabilan suhu):
Pemendakan - nikel keras - SuperAlloys berasaskan
Nikel tertentu - superalloys berasaskan, apabila dioptimumkan melalui rawatan haba, mempamerkan kekerasan yang sangat tinggi. Contohnya:
Inconel 718 (UNS N07718): Dalam keadaan yang berumur sepenuhnya (contohnya, penyelesaian - dirawat pada 980 darjah, kemudian double - berumur pada 720 darjah dan 620 darjah), ia mencapai kekerasan ~ 38-42 hrc (kekerasan Vickers ~ 370-410 HV). Kekerasannya timbul dari pembentukan '' (gamma double prime, ni₃nb) dan '(gamma prime, ni₃al, ti) precipitates, yang menghalang pergerakan dislokasi.
Waspaloy (UNS N07001): Kekuatan puncak ke puncak, ia mencapai ~ 35-38 HRC (HV ~ 340-370), dengan 'precipitates memandu kekerasannya dan tinggi - kekuatan suhu.
Kobalt - superalloys berasaskan dengan tetulang karbida
Cobalt - superalloy berasaskan memperoleh kekerasan yang ketara dari fasa karbida (contohnya, Cr₃c₂, WC) tersebar dalam matriks mereka, meningkatkan haus dan rintangan lelasan - kritikal untuk tinggi -
Stellite 6 (UNS R30006): A cobalt klasik - Chromium - Tungsten Superalloy, ia mempunyai kekerasan tipikal ~ 39-44 hrc (hv ~ 380-430) dalam keadaan cast atau-. Kehadiran karbida tungsten (WC) dan kromium karbida menjadikannya sangat memakai -, yang digunakan dalam kerusi injap, alat pemotongan, dan meterai turbin.
Haynes 188 (UNS R30188): A Nickel - Chromium Superalloy dengan tungsten tambahan, ia mencapai ~ 32-36 hrc (HV ~ 320-350) apabila berumur, mengimbangi kekerasan dengan rintangan pengoksidaan sehingga 1149 darjah (2100 darjah F).
Iron - Pemendakan berasaskan - Superalloys Hardened
Walaupun secara amnya kurang keras daripada nikel/kobalt - rakan berasaskan, beberapa superalloy berasaskan besi - menawarkan kekerasan yang ketara untuk kegunaan tertentu:
17-4ph (UNS S17400): Sebagai pemendakan martensit - keluli tahan karat yang keras (sering diklasifikasikan sebagai superalloy untuk perkhidmatan suhu tinggi - yang tinggi), keadaan H900 ~ 38-44 hrc (HV ~ 360-410) Nickel - gred berasaskan.
Adalah penting untuk diperhatikan bahawa "kekerasan" sahaja adalah jarang kriteria tunggal untuk pemilihan superalloy; Aplikasi biasanya memerlukan perdagangan - off antara kekerasan, tinggi - kekuatan suhu, kemuluran, dan rintangan kakisan. Sebagai contoh, superalloy dengan ultra - kekerasan tinggi mungkin kekurangan rintangan rayapan yang diperlukan untuk bilah turbin gas.
Kekonduksian terma nikel - superalloys berasaskan agak rendah berbanding logam konvensional (misalnya, aluminium, tembaga) dan bervariasi denganKomposisi kimia(terutamanya kandungan elemen aloi seperti kromium, aluminium, titanium, dan molibdenum),suhu, danMikrostruktur(contohnya, saiz bijian, mendakan fasa). Berikut adalah pecahan butiran utama:
Pada suhu bilik (25 darjah /77 darjah F), kekonduksian terma kebanyakan nikel - superalloy berasaskan jatuh antara10–25 W/(m·K)(Watts per meter - Kelvin). Sebagai perbandingan, nikel tulen mempunyai kekonduksian terma ~ 91 w/(m · k) pada suhu bilik - elemen aloi (ditambah untuk meningkatkan kekuatan dan ketahanan kakisan) dengan ketara mengurangkan kekonduksian dengan menyebarkan haba - yang membawa fonon dan elektron.
Kekonduksian terma nikel - superalloys berasaskanmeningkat sedikit dengan kenaikan suhu(sehingga had perkhidmatan mereka, ~ 800-1200 darjah /1472-2192 darjah F). Ini kerana, pada suhu yang lebih tinggi, phonon - pemindahan haba yang ditengah menjadi lebih dominan (elektron - pemindahan mediasi, yang lebih efisien pada suhu rendah, kurang terjejas oleh perubahan suhu). Contohnya:
Inconel 718: ~ 11 w/(m · k) pada 25 darjah; ~ 18 w/(m · k) pada 600 darjah; ~ 25 w/(m · k) pada 1000 darjah.
Inconel 625: ~ 12 w/(m · k) pada 25 darjah; ~ 19 w/(m · k) pada 600 darjah; ~ 26 w/(m · k) pada 1000 darjah.
Cmsx - 4 (satu - SuperAlloy berasaskan nikel kristal): ~ 10 w/(m · k) pada 25 darjah; ~ 16 w/(m · k) pada 600 darjah; ~ 22 w/(m · k) pada 1000 darjah.
Elemen Mengalih Sangat Mempengaruhi Kekonduksian Termal:
Chromium (CR): Ditambah untuk rintangan pengoksidaan (biasanya 15-25%berat); mengurangkan kekonduksian dengan mengganggu aliran elektron.
Aluminium (Al) dan Titanium (Ti): Kunci untuk membentuk '(ni₃al, ti) precipitates (kritikal untuk tinggi - kekuatan suhu); Unsur -unsur ini mempunyai kekonduksian terma yang lebih rendah daripada nikel, seterusnya menurunkan kekonduksian keseluruhan aloi.
Molybdenum (MO) dan Tungsten (W): Ditambah untuk meningkatkan rintangan rayapan; Saiz atom mereka yang besar menyebarkan fonon, mengurangkan kekonduksian.
Kekonduksian terma yang rendah adalah sifat yang diingini untuk banyak aplikasi superalloy berasaskan nikel -. Sebagai contoh, dalam bilah turbin gas, kekonduksian yang rendah membantu melindungi teras bilah dari haba yang melampau gas pembakaran (~ 1400 darjah /2552 darjah F), mengurangkan tekanan haba dan memanjangkan hayat komponen. Sebaliknya, dalam aplikasi yang memerlukan pelesapan haba, kekonduksian yang rendah ini mungkin memerlukan pengubahsuaian reka bentuk (contohnya, saluran penyejukan) untuk mengelakkan terlalu panas.
