1. ما هو النيكل - superalloy القائم
يعد Superalloy المستند إلى Nickel - عبارة عن مادة معدنية عالية الأداء - تتألف بشكل أساسي من النيكل (عادة ما تمثل 50 ٪ أو أكثر من إجمالي تكوينها). تم تصميمه على وجه التحديد للحفاظ على خصائص ميكانيكية استثنائية - مثل القوة العالية ، ومقاومة الزحف ، ومقاومة التعب - في ظل ظروف التشغيل القصوى ، بما في ذلك درجات الحرارة المرتفعة (غالبًا ما تصل إلى 600-1200 درجة مئوية) ، وضغوط عالية ، وبيئة متآكلة أو للأكسدة.
على عكس السبائك التقليدية ، يستمد النيكل - أدائها المتفوق من مجموعة فريدة من تعزيز الحل الصلبة - ، تصلب الهطول (عبر مراحل intermetallic مثل γ '- ni₃al) ، وتعزيز حدود الحبوب. هذه الخصائص تجعلها لا يمكن الاستغناء عنها في تطبيقات درجة الحرارة المرتفعة - حيث تكون النزاهة الهيكلية والموثوقية الطويلة- غير قابلة للتفاوض ، كما هو الحال في محركات الطيران ، وتوربينات الغاز لتوليد الطاقة ، ودرجة عالية من المعدات الصناعية-.
2. تكوين Nickel Superalloys
Nickel - superalloys المستندة إلى المعقدة ، أنظمة مكون multi - ، مع النيكل مثل المصفوفة. تم تصميم تكوينها بعناية لتحقيق خصائص محددة ، ويمكن تصنيف عناصر السبائك الرئيسية من خلال وظائفها:
| فئة العنصر | أمثلة أولية | وظائف أساسية |
|---|---|---|
| عنصر المصفوفة | النيكل (ني) | بمثابة بنية قاعدة. يوفر ليونة متأصلة والاستقرار الكيميائي. عادة ما تشكل 50-80 ٪ من السبائك. |
| عناصر تصلب هطول الأمطار | الألومنيوم (AL) ، التيتانيوم (TI) ، niobium (NB) ، tantalum (TA) | تشكل مراحل intermetallic (على سبيل المثال ، γ '- ni₃al ، γ' '- ni₃nb) التي تترسب داخل مصفوفة النيكل ، مما يعزز بشكل كبير من درجة الحرارة العالية - ومقاومة زحف. |
| صلبة - عناصر تعزيز الحل | الكروم (CR) ، الكوبالت (CO) ، الموليبدينوم (MO) ، التنغستن (W) | تذوب بشكل موحد في مصفوفة النيكل لزيادة قوته الإجمالية والاستقرار في درجات حرارة عالية ؛ أيضا تحسين مقاومة التعب الحراري. |
| عناصر مقاومة التآكل/الأكسدة | الكروم (CR) ، الألومنيوم (AL) ، السيليكون (SI) ، Yttrium (Y) | تشكل طبقة أكسيد كثيفة ، ملتصقة (على سبيل المثال ، cr₂o₃ ، al₂o₃) على سطح السبائك ، مما يمنع المزيد من الأكسدة أو التآكل في البيئات القاسية. |
| حدود الحبوب تعزيز | البورون (ب) ، الزركونيوم (ZR) ، الكربون (ج) | فصل عند حدود الحبوب لتثبيط نمو الحبوب وتقليل خطر التكسير بين الخلايا ، وخاصة تحت درجة الحرارة العالية-. |
يمكن أيضًا إضافة عناصر النزرة الثانوية (على سبيل المثال ، الحافنيوم ، الفاناديوم) بكميات صغيرة إلى ناعم - خصائص محددة مثل قابلية اللحام أو الموصلية الحرارية.
3. أمثلة من النيكل - superalloys المستندة
يتم استخدام Superalloys المستندة إلى Nickel - على نطاق واسع عبر الصناعات ، مع العديد من الدرجات المعروفة المعروفة لتطبيقات محددة. فيما يلي أمثلة رئيسية:
Inconel 718
واحد من أكثر النيكل استخدام على نطاق واسع - ، يحتوي Inconel 718 على ~ 52 ٪ ni ، 19 ٪ cr ، 18.5 ٪ fe ، 5.1 ٪ nb ، وكميات صغيرة من AL/Ti. إنه يوفر مقاومة زحف ممتازة تصل إلى 650 درجة مئوية وقابلية لحام استثنائية. تشمل التطبيقات الشائعة مكونات محرك الطيران (أقراص التوربينات ، والأعمدة) ، وشفرات التوربينات الغازية ، وأدوات قاع البهجة والغاز.
واحد من أكثر النيكل استخدام على نطاق واسع - ، يحتوي Inconel 718 على ~ 52 ٪ ni ، 19 ٪ cr ، 18.5 ٪ fe ، 5.1 ٪ nb ، وكميات صغيرة من AL/Ti. إنه يوفر مقاومة زحف ممتازة تصل إلى 650 درجة مئوية وقابلية لحام استثنائية. تشمل التطبيقات الشائعة مكونات محرك الطيران (أقراص التوربينات ، والأعمدة) ، وشفرات التوربينات الغازية ، وأدوات قاع البهجة والغاز.
Inconel 625
يتكون من ~ 61 ٪ Ni ، 21.5 ٪ Cr ، 9 ٪ Mo ، و 3.6 ٪ NB ، Distinel 625 يشتهر بمقاومة التآكل المتميزة (حتى في مياه البحر ، الحمضية ، والكلوريد - البيئات الغنية) وعلى درجة حرارة عالية- حتى 980 درجة مئوية. يتم استخدامه في معدات المعالجة الكيميائية (المفاعلات ، والمبادلات الحرارية) ، والمكونات البحرية ، وغرف احتراق الطيران.
يتكون من ~ 61 ٪ Ni ، 21.5 ٪ Cr ، 9 ٪ Mo ، و 3.6 ٪ NB ، Distinel 625 يشتهر بمقاومة التآكل المتميزة (حتى في مياه البحر ، الحمضية ، والكلوريد - البيئات الغنية) وعلى درجة حرارة عالية- حتى 980 درجة مئوية. يتم استخدامه في معدات المعالجة الكيميائية (المفاعلات ، والمبادلات الحرارية) ، والمكونات البحرية ، وغرف احتراق الطيران.
واسبالوي
هطول الأمطار - سبيكة صلبة مع ~ 58 ٪ Ni ، 19.5 ٪ Cr ، 13 ٪ Co ، 4.3 ٪ Mo ، و 1.4 ٪ AL/Ti ، Waspaloy يتفوق في مقاومة الزحف والتعب في درجات حرارة تصل إلى 760 درجة مئوية. استخدامه الأساسي هو في تطبيقات الفضاء الجوي ، مثل شفرات التوربينات ، وبطانات الاحتراق ، ومكونات بعد الحرق.
هطول الأمطار - سبيكة صلبة مع ~ 58 ٪ Ni ، 19.5 ٪ Cr ، 13 ٪ Co ، 4.3 ٪ Mo ، و 1.4 ٪ AL/Ti ، Waspaloy يتفوق في مقاومة الزحف والتعب في درجات حرارة تصل إلى 760 درجة مئوية. استخدامه الأساسي هو في تطبيقات الفضاء الجوي ، مثل شفرات التوربينات ، وبطانات الاحتراق ، ومكونات بعد الحرق.
هاينز 282
تم تصميم هذه السبائك (~ 49 ٪ NI ، 22 ٪ CR ، 18 ٪ CO ، 8.5 ٪ W ، 1.5 ٪ AL) لثبات درجة الحرارة العالية- حتى 980 درجة مئوية وقابلية ذاتية ممتازة. يتم استخدامه عادة في مكونات قسم التوربينات الغازية الساخنة - (قطع انتقالية ، فوهات) وأجزاء الفرن الصناعي.
تم تصميم هذه السبائك (~ 49 ٪ NI ، 22 ٪ CR ، 18 ٪ CO ، 8.5 ٪ W ، 1.5 ٪ AL) لثبات درجة الحرارة العالية- حتى 980 درجة مئوية وقابلية ذاتية ممتازة. يتم استخدامه عادة في مكونات قسم التوربينات الغازية الساخنة - (قطع انتقالية ، فوهات) وأجزاء الفرن الصناعي.
CMSX-4
واحد - crystal nickel - superalloy المستند إلى (~ 61 ٪ ni ، 10 ٪ cr ، 8 ٪ co ، 6.5 ٪ ta ، 5 ٪ al ، 6 ٪ w) ، cmsx - 4 تم تصميمه لـ Ultra- {{13} إن بنية البلورة الفردية - تلغي حدود الحبوب ، مما يقلل من المخاطر الزحف وتكسير - مما يجعله مثاليًا لتطبيقات الطيران الأكثر تطلبًا ، مثل شفرات التوربينات ذات الضغط العالي في محركات Jet المتقدمة.
واحد - crystal nickel - superalloy المستند إلى (~ 61 ٪ ni ، 10 ٪ cr ، 8 ٪ co ، 6.5 ٪ ta ، 5 ٪ al ، 6 ٪ w) ، cmsx - 4 تم تصميمه لـ Ultra- {{13} إن بنية البلورة الفردية - تلغي حدود الحبوب ، مما يقلل من المخاطر الزحف وتكسير - مما يجعله مثاليًا لتطبيقات الطيران الأكثر تطلبًا ، مثل شفرات التوربينات ذات الضغط العالي في محركات Jet المتقدمة.
Udimet 700
يتكون من ~ 53 ٪ NI ، 19 ٪ CR ، 15 ٪ CO ، 5 ٪ MO ، و 4.3 ٪ AL/TI ، UDIMET 700 يوفر قوة شد عالية ومقاومة زحف تصل إلى 730 درجة مئوية. يتم استخدامه في شفرات التوربينات الفضائية ، ومكونات محرك الصواريخ ، وسحابات درجة الحرارة العالية-.
يتكون من ~ 53 ٪ NI ، 19 ٪ CR ، 15 ٪ CO ، 5 ٪ MO ، و 4.3 ٪ AL/TI ، UDIMET 700 يوفر قوة شد عالية ومقاومة زحف تصل إلى 730 درجة مئوية. يتم استخدامه في شفرات التوربينات الفضائية ، ومكونات محرك الصواريخ ، وسحابات درجة الحرارة العالية-.
