نحوه انتخاب سوپر آلیاژها

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

1. کلیات
2. 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.
3. 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 .