نحوه انتخاب سوپر آلیاژها بر اساس خواص و شکل دهی آنها
سوپر آلیاژها به صورت ریخته (معمولا عملیات حرارتی شده یا تحت فرآیندهای دیگر قرار گرفته) و یا کار شده (اغلب عملیات حرارتی شده یا تحت فرآیندهای دیگر قرار گرفته) هستند . محصولات ریخته ممکن است بصورت شمش برای ذوب مجدد ، یا کار مجدد ، مانند آهنگری و یا به شکل محصول نیمه تمام مشابه محصول نهایی باشند . محصولات کار شده اغلب ، در حد واسط شکل نهایی مانند ، محصولات نورد شده شامل میله ، ورق ، سیم ، صفحه و غیره قرار دارند.
دمای کاری سوپر آلیاژ ها
سوپر آلیاژها عموما برای کار در دمای بالاتر از 540 °C و کمتر از نقطه ذوب که معمولا بالاتر از1204 ° C است ، مناسب هستند .
آلیاژهای پایه نیکل و پایه آهن – نیکل عموما دارای حد دمایی در حدود 816 ° C هستند . در دماهای بالاتر از این حد از آلیاژهای ریخته استفاده می شود . استحکام اکثر سوپر آلیاژها توسط رسوب فاز ثانویه افزایش پیدا می کند ، و حد بالائی محدوده دمائی استفاده از آلیاژ تحت تاثیر نوع پایه آلیاژ (پایه نیکل پا پایه آهن – نیکل) مقدار و نوع رسوب و شکل آلیاژ (ریخته یا کار شده ) است .
آلیاژهای ریخته در بیشترین دما می توانند کار کنند و از آنها در موتورهای توربین استفاده می شود .
مقایسه سوپر آلیاژ های ریخته و کار شده
سوپر آلیاژ های کار شده
یک آلیاژ کار شده معمولا از شمش های ریخته به دست می آید اما چندین بار تغییر شکل و عملیات پیش گرم روی آن انجام می شود ، تا به حالت نهایی خود برسد . آلیاژهای کار شده به مراتب همگن تر از آلیاژهای ریخته که معمولا دارای جدایش ناشی از فرآیند انجماد هستند می باشند . جدایش نتیجه طبیعی انجماد آلیاژ است ، اما در بعضی از موارد به صورت شدید تری روی می دهد . آلیاژهای کار شده ، معمولا انعطاف پذیرتر از آلیاژهای ریخته هستند.
سوپر آلیاژ های ریخته
سوپر آلیاژهای ریخته در ناحیه دما بالای توربین های گاز ، به ویژه در قطعاتی نظیر پره های هوا یافت می شوند . اکثر آلیاژ های ریخته از نوع چند بلوری (PC) با دانه های هم محور و بعضی دیگر از نوع انجماد جهت دار یافته (DS) هستند.
خواص سوپر آلیاژ ها
- کلیات
- استحکام دهی سوپر آلیاژ ها توسط سخت کاری محلولی (تداخل اتم های جانشینی همراه با تغییر شکل) ، کار سختی (انرژی نهان ناشی از تغییر شکل) و رسوب سختی (تداخل رسوب ها همراه با تغییر شکل) افزایش می یابد . همچنین ایجاد کاربید ها (توزیع مناسب از تداخل فاز های ثانویه به همراه تغییر شکل) به ویژه در سوپر آلیاژ های پایه کبالت افزایش استحکام را در پی دارد.
- سوپر آلیاژهای پیشرفته
سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل قدیمی مانند آلیاژ 6-25-16 دارای 16% کروم ، 25% نیکل ، 6% مولیبدن بودند . اولین سوپر آلیاژهای نیکل شامل Nimonic ، Inconel از نوع استحکام یافته با محلول جامد بودند . در سوپر آلیاژ های پایه نیکل و پایه آهن – نیکل بعدی مقادیر کمی AI (2-3 درصد) و Ti افزوده شده تا در اثر رسوب فاز Ý استحکام در دمای بالا افزایش یابد .
خواص مکانیکی و کاربرد سوپر آلیاژ ها
استحکام تابعی از زمان است و مدت زمان قرار گیری قطعه در سرویس و دمای آن از عوامل موثر بر انتخاب یک سوپر آلیاژ ویژه هستند . نرخ افت بعضی از آلیاژ ها در مقایسه با آلیاژ های دیگر کمتر است .
سوپر آلیاژ های انعطاف پذیر تر هستند ، ولی عموما انعطاف پذیری سوپر آلیاژ های پایه کبالت نسبت به سوپر آلیاژهای پایه آهن – نیکل و پایه نیکل کمتر است . سوپر آلیاژ های پایه نیکل و پایه آهن – نیکل در شرایط اکسترود شده ، آهنگری شده و یا نورد شده وجود دارند اما الیاژهای پر استحکام تر فقط در شرایط ریخته یافت می شوند .
سوپر آلیاژ ها دارای ضریب کشسانی در حدود 207 GPa هستند ، ولی ضریب کشسانی آلیاژ های ویژه بسته به نوع آلیاژ در دمای اتاق از 172GPa تا 241 GPa تغییر می کند.
خواص فیزیکی و چگالی سوپر آلیاژ ها
سوپر آلیاژ ها نسبت به سیستم های فلزی دیگر دارای خواص مکانیکی ، هدایت الکتریکی ، گرمای ویژه ، هدایت حرارتی و انبساط حرارتی پایین تری هستند . این خواص به فلز پایه و درصد فلزات دیرگداز اضافه شده بستگی دارد.
کاربرد های آلیاژ های کار شده در دمای متوسط
محدوده دمایی متوسط از 540°C تا 760°C می باشد .
برای انتخاب سوپر آلیاژ ها برای کار در محدوده دمایی متوسط آلیاژ هایی مانند . Waspaloy و آلیاژ های مشابه وجود دارند ، که می توان آنها را به روش های معمول آهنگری تولید نموده و استفاده کرد.
کاربرد های آلیاژ های ریخته در دمای بالا
محدوده دماهای بالا را می توان از دمای 816 °C تا دمای ذوب فلز در نظر گرفت . پره های هوای توربین در این دماها کار می کنند . آلیاژی که در پره های هوای توربین استفاده می شود باید دارای استحکام گسیختگی خزش و استحکام خزش بالایی باشد .
