Co je vysokoteplotní slitina

Vysokoteplotní slitiny jsou rozděleny do tří typů materiálů: 760° vysokoteplotní materiály, 1200° vysokoteplotní materiály a 1500° vysokoteplotní materiály, s pevností v tahu 800 MPa. Jinými slovy, odkazuje na vysokoteplotní kovové materiály, které pracují po dlouhou dobu při teplotách nad 760--1500 stupňů a za určitých podmínek. Mají vynikající pevnost za vysokých teplot, dobrou odolnost proti oxidaci a korozi za horka, dobré únavové vlastnosti, lomovou houževnatost a další komplexní vlastnosti. Stal se nenahraditelným klíčovým materiálem pro horké součásti vojenských a civilních plynových turbínových motorů.

Vysokoteplotní hlavní slitiny se používají k výrobě vysokoteplotních součástí, jako jsou lopatky turbín, lopatky, disky turbín, disky vysokotlakých plynových turbín a spalovací komory pro letecké, námořní a průmyslové plynové turbíny. Používají se také k výrobě leteckých dopravních prostředků, raketových motorů, jaderných reaktorů, petrochemických zařízení a uhlí. přeměna a další zařízení pro přeměnu energie.

Od konce 30. let 20. století začala Británie, Německo, Spojené státy a další země studovat vysokoteplotní slitiny. Během 2. světové války, aby bylo možné uspokojit potřeby nových leteckých motorů, vstoupil výzkum a použití vysokoteplotních slitin do období prudkého rozvoje. Na počátku 40. let 20. století Spojené království nejprve přidalo malé množství hliníku a titanu do slitiny 80Ni{5}}Cr, aby vytvořilo fázi pro zpevnění, a vyvinulo první slitinu na bázi niklu s vysokou pevností při vysokých teplotách. Ve stejném období, aby vyhověly potřebám vývoje turbodmychadel pro pístové letecké motory, začaly Spojené státy používat k výrobě lopatek slitiny na bázi kobaltu Vitallium.

Kromě toho Spojené státy také vyvinuly slitinu Inconel na bázi niklu pro výrobu spalovací komory proudových motorů. Později, za účelem dalšího zlepšení pevnosti slitiny za vysokých teplot, přidali metalurgové do slitiny na bázi niklu wolfram, molybden, kobalt a další prvky, zvýšili obsah hliníku a titanu a vyvinuli řadu značek slitin, jako např. britský „Nimonic“, americký „Mar-M“ a „IN“ atd.; do slitin na bázi kobaltu se přidávají prvky jako nikl a wolfram, aby se vyvinula řada vysokoteplotních slitin, jako je X-45, HA-188, FSX-414 atd. kvůli nedostatku zdrojů kobaltu je vývoj superslitin na bázi kobaltu omezený.

Ve 40. letech 20. století byly vyvinuty také superslitiny na bázi železa. V 50. letech se objevily značky jako A-286 a Incoloy901. Kvůli špatné stabilitě při vysokých teplotách je však vývoj od 60. let 20. století pomalý. Sovětský svaz začal vyrábět superslitiny na bázi niklu značky "ЭИ" kolem roku 1950 a později vyráběl deformované superslitiny řady "ЭП" a odlévané superslitiny řady ЖС. Čína zahájila zkušební výrobu vysokoteplotních slitin v roce 1956 a postupně vytvořila řadu „GH“ deformovaných superslitin a řadu „K“ litých superslitin. V 70. letech 20. století Spojené státy také používaly nové výrobní procesy k výrobě směrových krystalizovaných lopatek a turbínových disků práškové metalurgie a vyvinuly komponenty z vysokoteplotní slitiny, jako jsou lopatky z monokrystalů, aby vyhověly rostoucím potřebám vstupních teplot turbín leteckých motorů.

Dosud všechny země zkoumají nové vysokoteplotní slitiny, přinášejí neustálé průlomy, inovace a rozšiřují pole aplikací. V rozvoji moderního průmyslu se evidentně staly nepostradatelným slitinovým materiálem.

(1) Vysokoteplotní slitina na bázi železa

Vysokoteplotní slitiny na bázi železa lze také nazývat žáruvzdorné legované oceli. Jeho matricí je prvek Fe s malým množstvím Ni, Cr a dalších legujících prvků. Žáruvzdorná legovaná ocel může být rozdělena na martenzit, austenit, perlit, feritovou žáruvzdornou ocel atd. podle jejích normalizačních požadavků.

(2) Vysokoteplotní slitina na bázi niklu

Vysokoteplotní slitiny na bázi niklu obsahují více než polovinu niklu a jsou vhodné pro pracovní podmínky nad 1000 stupňů. Použitím pevného roztoku a zpracováním stárnutím lze výrazně zlepšit odolnost proti tečení a mez kluzu v tlaku. V současné době, na základě analýzy superslitin používaných ve vysokoteplotním prostředí, rozsah použití superslitin na bázi niklu daleko převyšuje použití superslitin na bázi železa a kobaltu. Zároveň je vysokoteplotní slitina na bázi niklu také vysokoteplotní slitinou s největší produkcí a největším využitím v mé zemi. Mnoho lopatek turbín a spalovacích komor turbínových motorů a dokonce i turbodmychadel také používá slitiny na bázi niklu jako přípravné materiály. Za více než půl století se vysokoteplotní schopnosti vysokoteplotních materiálů používaných v leteckých motorech zvýšily ze 750 stupňů na konci 40. let na 1200 stupňů na konci 90. let. Je třeba říci, že toto obrovské zlepšení podnítilo také zlepšení procesů odlévání, povrchových nátěrů atd. Rychlý vývoj.

(3) Vysokoteplotní slitina na bázi kobaltu

Vysokoteplotní slitiny na bázi kobaltu používají jako matrici kobalt a obsah kobaltu tvoří asi 60 %. Současně je třeba přidat prvky jako Cr a Ni, aby se zlepšila tepelná odolnost vysokoteplotní slitiny. I když má tato vysokoteplotní slitina lepší tepelnou odolnost, díky různým zemím Produkce zdrojů kobaltu je relativně malá a zpracování je obtížné, takže množství není velké. Obvykle se používá ve vysokoteplotních podmínkách (600 ~ 1000 stupňů) a vysokoteplotních součástech vystavených extrémnímu komplexnímu namáhání po dlouhou dobu, jako jsou pracovní lopatky leteckých motorů, turbínové disky, horké části spalovacích komor a letecké motory. Pro dosažení lepší tepelné odolnosti by za normálních podmínek měly být během přípravy přidány prvky jako W, MO, Ti, Al a Co, aby byla zajištěna její vynikající tepelná odolnost a odolnost proti únavě.

Podle typu zpevnění slitiny lze vysokoteplotní slitiny rozdělit na vysokoteplotní slitiny zpevněné pevným roztokem a slitiny zpevněné stárnutím.

(1) Pevný typ zesílený roztokem

Takzvaný typ zpevnění tuhým roztokem spočívá v přidání některých legujících prvků do vysokoteplotních slitin na bázi železa, niklu nebo kobaltu za účelem vytvoření jednofázové austenitové struktury. Atomy rozpuštěné látky narušují mřížku matrice pevného roztoku, což zvyšuje odolnost proti skluzu v tuhém roztoku a posiluje jej. Některé atomy rozpuštěné látky mohou snížit energii stohovací chyby systému slitiny, zvýšit tendenci k rozkladu dislokací, ztížit příčné prokluzování a zpevnit slitinu, aby bylo dosaženo účelu zpevnění vysokoteplotních slitin.

(2) Posilování srážením stárnutím

Takzvané zpevňování stárnutím je proces tepelného zpracování, při kterém slitinový obrobek prochází zpracováním v tuhém roztoku, plastickou deformací za studena a je umístěn při vyšší teplotě nebo pokojové teplotě, aby si zachoval své vlastnosti. Například: Slitina GH4169 má maximální mez kluzu 1000 MPa při 650 stupních a teplota slitiny pro výrobu čepelí může dosáhnout 950 stupňů.

Dělí se podle metod formování materiálu: lité vysokoteplotní slitiny (včetně běžných licích slitin, monokrystalických slitin, směrových slitin atd.), deformované vysokoteplotní slitiny a práškové metalurgické vysokoteplotní slitiny (včetně běžné práškové metalurgie a oxidové disperze- zpevněné vysokoteplotní slitiny).

(1) Odlévání vysokoteplotní slitiny

Slitinové materiály, které používají metody odlévání k přímé přípravě dílů, se nazývají lité vysokoteplotní slitiny. Podle složení matrice slitiny ji lze rozdělit do tří typů: licí superslitina na bázi železa, licí superslitina na bázi niklu a licí superslitina na bázi diamantu. Podle způsobu krystalizace ji lze rozdělit do čtyř typů: polykrystalická litá superslitina, litá superslitina se směrovým tuhnutím, směrově eutektická litá superslitina a monokrystalická litá superslitina.

(2) Deformovaná vysokoteplotní slitina

Je stále nejčastěji používaným materiálem v leteckých motorech a má široké uplatnění doma i v zahraničí. Roční produkce deformovaných superslitin v mé zemi je asi 1/8 produkce Spojených států [2]. Vezmeme-li jako příklad slitinu GH4169, jedná se o hlavní odrůdu s největším počtem aplikací doma i v zahraničí. V mé zemi se jako hlavní součásti používají hlavně šrouby, kompresory a kola a olejové vany turbohřídelových motorů. Jak ostatní slitinové produkty stále více zrají, dochází při vysokých teplotách k deformaci. Používání slitin se může postupně snižovat, ale v nadcházejících desetiletích zůstane dominantní.

(3) Nová vysokoteplotní slitina

Včetně práškových vysokoteplotních slitin, titan-hliníkových intermetalických sloučenin, oxidových disperzí zpevněných vysokoteplotních slitin, korozivzdorných vysokoteplotních slitin, práškové metalurgie a nanomateriálů a dalších segmentů produktů.

①Stupeň legování třetí generace práškových superslitin byl vylepšen, což umožňuje zohlednit výhody prvních dvou generací a dosáhnout vyšší pevnosti a nižšího poškození. Proces výroby práškových superslitin je stále vyzrálejší. V budoucnu může být vyvinut z následujících aspektů: příprava prášku, proces tepelného zpracování, počítačová simulační technologie, práškový disk s dvojitým výkonem;

②Titan-hliníkové intermetalické sloučeniny byly vyvinuty do čtvrté generace a postupně se rozšiřují ve dvou směrech: víceprvkové mikroprvky a velkoprvkové mikroprvky. Univerzita v Hamburku v Německu, Univerzita v Kjótu v Japonsku a Centrum GKSS v Německu provedly rozsáhlý výzkum titanu. Intermetalické sloučeniny hliníku se nyní používají v oblasti stavby lodí, biomedicíny a sportovních potřeb;

③Superslitiny zpevněné oxidovou disperzí jsou součástí práškových superslitin. Ve výrobě a vývoji je téměř 20 typů. Mají vysokou pevnost za vysokých teplot a nízké koeficienty napětí a jsou široce používány v tepelně odolných a antioxidačních součástech plynových turbín, pokročilých leteckých motorů atd. Petrochemický reaktor atd.;

④ Vysokoteplotní slitiny odolné proti korozi se používají hlavně k nahrazení žáruvzdorných materiálů a žáruvzdorné oceli v oblasti stavebnictví a letectví.

NiTi paměťová slitinová deska

Lékařský Nitinolový drát