Jakim materiałem jest stop wysokotemperaturowy? Co obejmują głównie materiały ze stopów wysokotemperaturowych?
Stopy wysokotemperaturowe to rodzaj stopu stosowanego w wysokich temperaturach, silnych naprężeniach mechanicznych oraz w środowiskach utleniania i korozji. Wraz z rozwojem nauki i technologii stopy wysokotemperaturowe stopniowo utworzyły sześć stosunkowo kompletnych części.
1. Odkształcony stop wysokotemperaturowy
Odkształcony stop wysokotemperaturowy odnosi się do rodzaju stopu, który można przetwarzać poprzez odkształcanie na gorąco i na zimno, ma zakres temperatur roboczych -253 ~ 1320 stopni, ma dobre właściwości mechaniczne, wszechstronne wskaźniki wytrzymałości i wiązkości oraz ma wysoką właściwości przeciwutleniające i antykorozyjne. Zgodnie z procesem obróbki cieplnej można go podzielić na stop wzmocniony roztworem stałym i stop wzmocniony starzeniem.
1. Stop wzmocniony roztworem stałym
Zakres temperatury roboczej wynosi 900 ~ 1300 stopni, a maksymalna temperatura antyutleniania osiąga 1320 stopni. Na przykład stop GH128 ma wytrzymałość na rozciąganie 850 MPa i granicę plastyczności 350 MPa w temperaturze pokojowej; wytrzymałość na rozciąganie 140 MPa i wydłużenie 85% przy 1000 stopniach; trwała żywotność 200 godzin i wydłużenie 40% przy 1000 stopniach i naprężeniu 30 MPa. Stopy w roztworze stałym są powszechnie stosowane do produkcji komór spalania, obudów i innych elementów silników lotniczych i kosmicznych.
2. Stop wzmocniony starzeniem
Temperatura robocza wynosi -253~950 stopni i jest powszechnie stosowana do wytwarzania części konstrukcyjnych, takich jak tarcze i łopatki turbin do silników lotniczych i kosmicznych. Stop używany do produkcji tarcz turbin ma temperaturę roboczą wynoszącą -253 ~ 700 stopni i wymaga dobrej wytrzymałości w wysokich i niskich temperaturach oraz odporności zmęczeniowej. Na przykład: stop GH4169 ma maksymalną granicę plastyczności 1000 MPa przy 650 stopniach; temperatura stopu do wytwarzania ostrzy może osiągnąć 950 stopni. Na przykład: stop GH220 ma wytrzymałość na rozciąganie 490 MPa przy 950 stopniach i trwałość ponad 40 godzin przy 940 stopniach i 200 MPa.
Odkształcone nadstopy dostarczają głównie odkuwki konstrukcyjne, placki, pierścienie, pręty, płyty, rury, taśmy i druty dla cywilnego przemysłu lotniczego, lotniczego, energii jądrowej i ropy naftowej.
2. Odlewanie stopów wysokotemperaturowych
Odlewane stopy wysokotemperaturowe odnoszą się do rodzaju stopów wysokotemperaturowych, które można formować lub można je formować wyłącznie metodami odlewania. Jego główne cechy to:
1. Ma szerszy zakres kompozycji. Ponieważ nie ma potrzeby uwzględniania wydajności przetwarzania odkształceń, projekt stopu może skupiać się na optymalizacji jego wydajności. Na przykład w przypadku stopów wysokotemperaturowych na bazie niklu skład można dostosować tak, aby zawartość osiągnęła 60% lub więcej, dzięki czemu stop może nadal zachowywać doskonałe właściwości w temperaturach do 85% temperatury topnienia stopu .
2. Ma szersze pole zastosowania. Ze względu na szczególne zalety metody odlewania, można projektować i wytwarzać odlewy ze stopów wysokotemperaturowych o kształcie zbliżonym do netto lub bez marginesu, o dowolnej złożonej strukturze i kształcie, zgodnie z potrzebami użytkowymi części.
W zależności od temperatury pracy stopów odlewniczych można je podzielić na trzy kategorie:
Kategoria 1: Stopy wysokotemperaturowe odlewane z kryształów równoosiowych, stosowane w temperaturze -253 ~ 650 stopni. Ten typ stopu ma dobre, wszechstronne właściwości w szerokim zakresie temperatur, zwłaszcza w niskich temperaturach, gdzie zarówno wytrzymałość, jak i plastyczność są zachowane bez pogorszenia. Na przykład stop K4169, który jest stosowany w dużych ilościach w silnikach lotniczych i kosmicznych, ma wytrzymałość na rozciąganie 1000 MPa w temperaturze 650 stopni, granicę plastyczności 850 MPa i plastyczność przy rozciąganiu 15%; żywotność pod obciążeniem 620 MPa w temperaturze 650 stopni wynosi 200 godzin. Stosowano go do wykonywania obudów dyfuzorów w silnikach lotniczych i skomplikowanych części konstrukcyjnych różnych pomp w silnikach lotniczych.
Kategoria 2: Stopy wysokotemperaturowe odlewane kryształami równoosiowymi, stosowane w temperaturach od 650 do 950 stopni. Ten typ stopu ma wysokie właściwości mechaniczne i odporność na korozję na gorąco w wysokich temperaturach. Na przykład stop K419 ma wytrzymałość na rozciąganie większą niż 700 MPa i plastyczność przy rozciąganiu większą niż 6% przy 950 stopniach; przy 950 stopniach ostateczna granica wytrzymałości przez 200 godzin jest większa niż 230 MPa. Ten typ stopu nadaje się do stosowania na łopatki turbin silników lotniczych, łopatki kierujące i turbiny odlewane integralnie.
Kategoria III: Stopy wysokotemperaturowe zestalonego kierunkowo kryształu kolumnowego i monokrystalicznego stosowane w temperaturze 950-1100. Ten typ stopu ma doskonałe wszechstronne właściwości oraz właściwości przeciwutleniające i zapobiegające korozji na gorąco w tym zakresie temperatur. Na przykład stop monokrystaliczny DD402 ma trwałość ponad 100 godzin pod obciążeniem 1100 stopni i 130 MPa. Jest to najgorętszy materiał na łopatki turbiny stosowany w Chinach i nadaje się do produkcji łopatek turbin pierwszego stopnia do nowych silników o wysokich osiągach.
Wraz z ciągłym udoskonalaniem technologii odlewania precyzyjnego stale pojawiają się także nowe procesy specjalne. Technologia odlewania drobnoziarnistego, technologia krzepnięcia kierunkowego i technologia CA dla złożonych cienkościennych części konstrukcyjnych znacznie poprawiły poziom odlewania stopów wysokotemperaturowych, a zakres ich zastosowań stale wzrasta.
3. Stopy wysokotemperaturowe metalurgii proszków
Wysokotemperaturowe produkty w postaci proszku stopowego są wytwarzane przy użyciu rozpylonego proszku stopu w wysokiej temperaturze, prasowania izostatycznego na gorąco lub prasowania izostatycznego na gorąco, a następnie kucia. Stosując proces metalurgii proszków, ze względu na małe cząstki proszku i dużą prędkość chłodzenia, skład jest jednolity, nie ma makrosegregacji, a ziarna są małe, wydajność obróbki na gorąco jest dobra, stopień wykorzystania metalu jest wysoki, a koszt jest niski , zwłaszcza poprawiono granicę plastyczności i właściwości zmęczeniowe stopu. Duża poprawa.
Nadstop wykonany metodą metalurgii proszków FGH95 ma wytrzymałość na rozciąganie 1500 MPa w temperaturze 650 stopni i trwałość ponad 50 godzin pod obciążeniem 1034 MPa. Jest to obecnie nadstop o najwyższej wytrzymałości, wykonany w technologii metalurgii proszków, w warunkach pracy w temperaturze 650 stopni. Stopy wysokotemperaturowe metalurgii proszków mogą spełniać wymagania silników o wyższym poziomie naprężeń i są materiałami z wyboru na elementy wysokotemperaturowe, takie jak tarcze turbin, tarcze sprężarek i przegrody turbin w silnikach o wysokim stosunku ciągu do masy.
4. Stop wzmacniający dyspersję tlenkową (ODS).
Jest to specjalny stop wysokotemperaturowy powstający w wyniku zastosowania unikalnego procesu tworzenia stopów mechanicznych (MA). Ultradrobne (mniej niż 50 nm) ultrastabilne fazy wzmacniające dyspersją tlenków w wysokich temperaturach są równomiernie rozproszone w osnowie stopu. Wytrzymałość stopu można nadal utrzymać w warunkach zbliżonych do temperatury topnienia samego stopu i ma doskonałe właściwości pełzania w wysokiej temperaturze, doskonałą odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze oraz odporność na korozję węgla i siarki.
Obecnie istnieją trzy główne typy stopów ODS, które są produkowane komercyjnie:
Stop MA956 może być stosowany w temperaturach do 1350 stopni w atmosferze utleniającej, zajmując pierwsze miejsce wśród stopów wysokotemperaturowych pod względem odporności na utlenianie, korozję węglową i siarkową. Może być stosowany do wyłożenia komory spalania silników lotniczych.
Stop MA754 może być stosowany w temperaturach do 1250 stopni w atmosferze utleniającej i zachowuje bardzo wysoką wytrzymałość wysokotemperaturową oraz odporność na korozję szkła średnioalkalicznego. Obecnie wykorzystuje się go do produkcji pierścieni zębatych i łopatek prowadzących silników lotniczych.
Stop MA6000 ma wytrzymałość na rozciąganie 222 MPa i granicę plastyczności 192 MPa przy 1100 stopniach; wytrzymałość na 1000-godziny w temperaturze 1100 stopni wynosi 127 MPa, co plasuje się na pierwszym miejscu wśród stopów wysokotemperaturowych i może być stosowany w łopatkach silników lotniczych.
5. Materiały wysokotemperaturowe zawierające związki międzymetaliczne
Międzymetaliczne materiały wysokotemperaturowe to rodzaj światłospecyficznych materiałów wysokotemperaturowych o ważnych perspektywach zastosowań, które zostały niedawno zbadane i opracowane. Przez ponad dziesięć lat dojrzewały badania podstawowe nad związkami międzymetalicznymi, projektowaniem stopów, rozwojem procesów i badaniami zastosowań, szczególnie w zakresie technologii przygotowania i przetwarzania, hartowania i wzmacniania materiałów serii Ti-Al, Ni-Al i Fe-Al. , właściwości mechaniczne i badania zastosowań przyniosły niezwykłe osiągnięcia.
Stop na bazie Ti3Al (TAC-1), stop na bazie TiAl (TAC-2) i stop na bazie Ti2AlNb mają niską gęstość (3,8 ~ 5,8 g/cm3), wysoką temperaturę i wysoką wytrzymałość, wysoką stalowość oraz doskonała odporność na utlenianie i odporność na pełzanie. Zalety: Może zmniejszyć ciężar części konstrukcyjnych o 35 do 50%. Stop na bazie Ni3Al, MX-246, ma dobrą odporność na korozję, zużycie i odporność na kawitację, co oznacza doskonałe perspektywy zastosowania. Stop na bazie Fe3Al ma dobrą odporność na utlenianie i korozję, wysoką wytrzymałość w średnich temperaturach (poniżej 600 stopni) i niski koszt. Jest to nowy materiał, który może częściowo zastąpić stal nierdzewną.
