A Superalloy (يشار إليها أيضًا باسم سبيكة أداء عالية -) هي فئة من المواد المعدنية المتقدمة المصممة للاحتفاظ بخصائص ميكانيكية استثنائية - مثل القوة العالية ، ومقاومة الزحف ، ومقاومة التعب ، والمتانة - حتى تحت ظروف التشغيل القصوى ، بيئات تآكل أو مؤكسدة. على عكس السبائك التقليدية ، تم تصميم Superalloys للحفاظ على السلامة الهيكلية واستقرار الأداء في التطبيقات الصعبة حيث ستتحول المعادن القياسية أو تفشل.
تتضمن الخصائص الرئيسية التي تحدد superalloys:
ممتازة عالية - قوة درجة الحرارة (مقاومة التشوه تحت حرارة وحمل مستمر).
مقاومة زحف متفوقة (تقليل التشوه الدائم على مدى فترات طويلة في درجات حرارة عالية).
مقاومة قوية للتآكل ، الأكسدة ، والتعب الحراري (التكسير الناجم عن دورات التدفئة/التبريد المتكررة).
التوافق مع عمليات التصنيع المعقدة (على سبيل المثال ، الصب ، التزوير ، التصنيع الإضافي) لتشكيل مكونات معقدة.
تشمل الأنواع الشائعة من superalloys النيكل - ، والكوبالت - ، والحديد - المتغيرات القائمة ، مع تطبيقات تمتد على الطيران (شفرات التوربينات ، مكونات المحرك) ، وتوليد الطاقة (أجزاء التوربينات الغازية) ، المعالجة الكيميائية (عالية-}.
تحديد "أصعب" Superalloy هو السياق - المعتمد ، لأن الصلابة تختلف معالمعالجة الحرارية, التعديلات المجهرية(على سبيل المثال ، تصلب هطول الأمطار ، صقل الحبوب) ، وطريقة القياس(على سبيل المثال ، Rockwell C [HRC] ، Vickers [HV]). ومع ذلك ، تبرز العديد من العائلات الفائقة والدرجات المحددة صلابة استثنائية ، وغالبًا ما تكون متوازنة مع خصائص حرجة أخرى (على سبيل المثال ، ثبات درجة الحرارة العالية-):
هطول الأمطار - النيكل الصلب - superalloys المستندة إلى
بعض النيكل - يعتمد على superalloys ، عند تحسينه عبر المعالجة الحرارية ، صلابة عالية جدًا. على سبيل المثال:
Inconel 718 (UNS N07718): في حالتها القديمة بالكامل (على سبيل المثال ، الحل - عولجت عند 980 درجة ، ثم مزدوجة - تتراوح أعمارهم بين 720 درجة و 620 درجة) ، فإنها تصل إلى صلابة ~ 38-42 HRC (Vickers Hardness ~ 370–410 HV). تنشأ صلابة من تشكيل "غاما مزدوجة الذروة ، ni₃nb) و" (غاما برايم ، ni₃al ، ti) رواسب ، والتي تمنع حركة الخلع.
WASPALOY (UNS N07001): العمر إلى ذروة القوة ، يحقق ~ 35-38 HRC (HV ~ 340–370) ، مع "رواسب تقود صلابةها وارتفاع قوة درجة الحرارة-.
الكوبالت - superalloys المستندة إلى تعزيز الكربيد
تستمد Superalloys المستندة إلى الكوبالت - صلابة كبيرة من مراحل كربيد (على سبيل المثال ، cr₃c₂ ، wc) مشتتة في مصفوفةها ، مما يعزز التآكل ومقاومة التآكل - حاسمة لارتفاع-.
Stellite 6 (UNS R30006): A Classic Cobalt - chromium - tungsten superalloy ، له صلابة نموذجية ~ 39–44 HRC (HV ~ 380–430) في حالة AS-. إن وجود كربيدات التنغستن (WC) وكروم الكروم يجعله يرتدي - مقاومًا ، ويستخدم في مقاعد الصمام ، وأدوات القطع ، وأختام التوربينات.
هاينز 188 (UNS R30188): A cobalt - nickel - chromium superalloy مع التنغستن المضافة ، يصل إلى ~ 32-36 HRC (HV ~ 320–350) عند العمر ، موازنة صلابة مع مقاومة الأكسدة حتى 1149 درجة (2100 درجة F).
Iron - هطول الأمطار القائم - superalloys المتصلب
على الرغم من أنه أقل صعوبة بشكل عام من نظيرات النيكل/الكوبالت - ، فإن بعض الحديد - تقدم صلابة ملحوظة لاستخدامات محددة:
17-4PH (UNS S17400): باعتباره هطول الأمطار martensitic - الصلب المقاوم للصدأ الصلب (غالبًا ما يتم تصنيفه على أنه superalloy لخدمة درجة حرارة عالية -) ، فإن حالة H900 التي تتراوح أعمارهم بين 38-44 درجة حرارة (HV ~ 360–410) {{7} النيكل -.
من المهم أن نلاحظ أن "الصلابة" وحدها هي المعيار الوحيد للاختيار الفائق ؛ تتطلب التطبيقات عادةً تجارة - بين الصلابة ، وعالية - قوة درجة الحرارة ، واللياتين ، ومقاومة التآكل. على سبيل المثال ، قد تفتقر صلابة عالية - الصلابة العالية إلى مقاومة الزحف اللازمة لشفرات التوربينات الغازية.
الموصلية الحرارية للنيكل - قائم على Superalloys منخفضة نسبيًا مقارنة بالمعادن التقليدية (على سبيل المثال ، الألومنيوم والنحاس) ويختلف معالتكوين الكيميائي(خاصة محتوى عناصر صناعة السبائك مثل الكروم والألومنيوم واليتانيوم والموليبدينوم) ،درجة حرارة، والبنية المجهرية(على سبيل المثال ، حجم الحبوب ، المراحل المترسبة). فيما يلي تفاصيل التفاصيل الرئيسية:
في درجة حرارة الغرفة (25 درجة /77 درجة فهرنهايت) ، تقع الموصلية الحرارية لمعظم النيكل -10–25 W/(m·K)(Watts لكل متر - Kelvin). للمقارنة ، يتمتع النيكل النقي بتوصيل حراري يبلغ حوالي 91 واط/(م · ك) في درجة حرارة الغرفة - عناصر السبائك (المضافة لتعزيز قوة ومقاومة التآكل) تقلل بشكل كبير من الموصلية عن طريق تشتت الحرارة - التي تحمل الفونونات والإلكترونات.
الموصلية الحرارية للنيكل -يزيد قليلاً مع ارتفاع درجة الحرارة(حتى حدود خدمتهم ، ~ 800-1200 درجة /1472-2192 درجة و). هذا لأنه ، في درجات حرارة أعلى ، يصبح نقل الحرارة المتوسط بوساطة أكثر هيمنة (الإلكترون - النقل بوساطة ، والذي يكون أكثر كفاءة في درجات الحرارة المنخفضة ، أقل تأثراً بتغيرات درجات الحرارة). على سبيل المثال:
Inconel 718: ~ 11 W/(M · K) في 25 درجة ؛ ~ 18 واط/(م · ك) في 600 درجة ؛ ~ 25 واط/(م · ك) في 1000 درجة.
Inconel 625: ~ 12 واط/(م · ك) في 25 درجة ؛ ~ 19 واط/(م · ك) في 600 درجة ؛ ~ 26 واط/(م · ك) في 1000 درجة.
CMSX - 4 (A - Superalloy المستندة إلى النيكل): ~ 10 w/(m · k) في 25 درجة ؛ ~ 16 واط/(م · ك) في 600 درجة ؛ ~ 22 واط/(م · ك) في 1000 درجة.
تؤثر عناصر صناعة السبائك بقوة الموصلية الحرارية:
الكروم (CR): أضيفت لمقاومة الأكسدة (عادة 15-25 ٪ بالوزن) ؛ يقلل الموصلية عن طريق تعطيل تدفق الإلكترون.
الألومنيوم (AL) وتيتانيوم (TI): مفتاح تشكيل '(ni₃al ، ti) رواسب (حاسمة لارتفاع - قوة درجة الحرارة) ؛ هذه العناصر لها توصيل حراري أقل من النيكل ، مما يزيد من الموصلية الكلية للسبائك.
Molybdenum (MO) و Tungsten (W): أضيفت لتعزيز مقاومة الزحف. يبعث حجمها الذري الكبير فونونات ، مما يقلل من الموصلية.
الموصلية الحرارية المنخفضة هي سمة مرغوبة للعديد من تطبيقات Superalloy المستندة إلى النيكل. على سبيل المثال ، في شفرات التوربينات الغازية ، تساعد الموصلية المنخفضة على عزل قلب الشفرة من الحرارة الشديدة لغازات الاحتراق (حوالي 1400 درجة /2552 درجة فهرنهايت) ، مما يقلل من الإجهاد الحراري وتوسيع عمر المكون. على العكس ، في التطبيقات التي تتطلب تبديد الحرارة ، قد تتطلب هذه الموصلية المنخفضة تعديلات التصميم (على سبيل المثال ، قنوات التبريد) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
