تعد المعالجة الحرارية عملية محورية للألواح الفائقة ، المصممة لتحسين خصائصها الميكانيكية-مثل القوة ، ومقاومة الزحف ، ومتانة التعب ، والاستقرار المجهرية وخاصة في ظل درجات الحرارة العالية الشديدة وعالية الإجهاد. تختلف الإجراءات المحددة بناءً على تكوين السبائك (القائمة على النيكل ، أو القائم على الكوبالت ، أو الحديد) وتطبيقه المقصود ، ولكن تتضمن التقنيات الرئيسية:
الحل الصلب
تنطوي هذه الخطوة على تسخين superalloy إلى درجة حرارة عالية (عادة 900-1250 درجة ، اعتمادًا على السبائك) لحل رواسب intermetallic (على سبيل المثال ، أو كربيدات) وتحقيق محلول صلب موحد ومتجانس. يتبع التبريد السريع (التبريد في الماء أو الزيت أو الهواء القسري) "تجميد" هذه البنية المجهرية ، مما يمنع الرواسب الخشنة من الإصلاح. حل الصلب يحسن ليونة ويستعد للسبائك للتعزيز اللاحق من خلال تصلب هطول الأمطار. على سبيل المثال:
إن Inconel 718 المستند إلى النيكل هو حلول في 980 درجة للحل "(Ni₃nb) ، مما يضمن مصفوفة غير مشبعة.
يخضع Haynes 25 المستند إلى الكوبالت إلى حل الصلب عند حوالي 1150 درجة لتجانس توزيع الكروم والتنغستن.
الشيخوخة (تصلب هطول الأمطار)
بعد صلابة المحلول ، ينطوي الشيخوخة على تسخين السبائك إلى درجة حرارة أقل (600-850 درجة) لفترات طويلة (من ساعات إلى أيام) للحث على تكوين رواسب متشابكة متشابكة بالتساوي. هذه الرواسب (على سبيل المثال ، '-ni₃ (al ، ti) في السبائك القائمة على النيكل أو مراحل اللافس في بعض السبائك القائمة على الكوبالت) تعمل كحواجز أمام حركة الخلع ، مما يزيد بشكل كبير من القوة. يستخدم العديد من superalloys الشيخوخة متعددة الخطوات للحصول على النتائج المثلى:
يستخدم Inconel 718 عملية شيخوخة من خطوتين: 720 درجة لمدة 8 ساعات (تم تبريدها في الفرن إلى 620 درجة) + 620 لمدة 8 ساعات ، مبذرة بالهواء ، لتشكيل "رواسب كثيفة".
تتراوح أعمار رينيه 95 ، وهي سبيكة عالية النيكل ذات القوة العالية ، عند 870 درجة لمدة ساعة واحدة + 650 لمدة 24 ساعة لتحقيق التوازن بين القوة ومقاومة الزحف.
الضغط المتساوي الساخن (الورك)
يجمع HIP بين درجة الحرارة العالية (حتى 1200 درجة) والضغط العالي (100-200 ميجا باسكال) في غاز خامل (على سبيل المثال ، الأرجون) للتخلص من المسامية الداخلية ، والفراغات المتدلية ، والبنى المجهرية المتجانسة. إنه أمر بالغ الأهمية بشكل خاص بالنسبة للملاءمة أو المسحوق المتفوق ، مثل CMSX-4 (سبيكة واحدة قائمة على النيكل) ، وتحسين عمر التعب وتقليل الفشل المرتبط بالعيوب في شفرات التوربينات.
تخفيف الإجهاد الصلب
يتم تنفيذ هذه العملية بعد تصنيعها أو اللحام أو تشكيلها ، تسخين السبائك إلى 500-800 درجة لتخفيف الضغوط المتبقية دون تغيير البنية المجهرية الأولية. إنه يمنع التكسير أثناء الخدمة ، وهو أمر ضروري لمكونات مثل فوهات الصواريخ أو أجزاء المفاعل النووي.
تحسين حجم الحبوب
يمكن أن تتحكم العلاجات الحرارية في حجم الحبوب لتحقيق التوازن بين الخصائص: الحبوب الدقيقة تعزز قوة الشد منخفضة الحرارة ، في حين أن الحبوب الخشنة تعمل على تحسين مقاومة الزحف في درجات حرارة عالية. على سبيل المثال:
تستخدم أقراص التوربينات (مع مراعاة الإجهاد الدوراني العالي) superalloys ذات الحبيبات الدقيقة (على سبيل المثال ، Udimet 720) عبر التبريد المتحكم فيه أثناء الصلب.
غالبًا ما تستخدم شفرات التوربينات (المعرضة للحرارة الشديدة) من الحبيبات الخشنة أو أحادية الكريستال (على سبيل المثال ، PWA 1480) لزيادة مقاومة الزحف إلى الحد الأقصى.
إن تحديد "أقوى" superalloy معقد لأن القوة تعتمد على السياق: درجة الحرارة ، ونوع الإجهاد (الشد ، الزحف ، التعب) ، والظروف البيئية (التآكل ، الأكسدة) جميع الأدوار. ومع ذلك ، تبرز العديد من superalloys لقوة استثنائية في سيناريوهات محددة:
GRX-810
يظهر Superalloy المطبوعة ثلاثي الأبعاد الذي تم تطويره بواسطة NASA ، GRX-810 قوة ومتانة غير عادية. إنه أقوياء مثل الفائقة المطبوعة ثلاثية الأبعاد (على سبيل المثال ، Inconel 718) في درجات حرارة عالية (حوالي 1093 درجة) وأكثر من 1000 مرة أكثر مقاومة للزحف (تشوه بطيء تحت الضغط المستمر). تنشأ قوتها من بنية مجهرية فريدة من رواسب وأكاسيد النانو ، مما يجعلها مثالية للمركبات ذات الصعود المفرط ومحركات الصواريخ.
رينيه 95
يوفر René 95 قائمًا على نطاق واسع يستخدم على نطاق واسع في Aerospace ، ويوفر قوة شد استثنائية (تصل إلى 1600 ميجا باسكال في درجة حرارة الغرفة) ومقاومة زحف في درجات حرارة مرتفعة. تنبع قوتها من شبكة كثيفة من "الرواسب ، مما يجعلها خيارًا أفضل للمكونات عالية الضغط مثل أقراص التوربينات.
سبيكة 718Plus
نسخة متقدمة من Inconel 718 ، يحل 718Plus محل "رواسب مع مراحل أكثر استقرارًا ، مما يعزز قوة في درجات حرارة أعلى (تصل إلى 700 درجة). يحافظ على نقاط قوة الشد التي تتجاوز 1300 ميجا باسكال مع تقدم مقاومة زحف محسنة ، وللتعامل مع محركات التوربينات الغازية من الجيل التالي.
السبائك القائمة على الكوبالت (على سبيل المثال ، هاينز 188)
على الرغم من أنه أقل قوة عمومًا من السبائك المستندة إلى النيكل في درجة حرارة الغرفة ، إلا أن Superalloys المستندة إلى الكوبالت مثل Haynes 188 Excel في قوة درجات الحرارة العالية ومقاومة الأكسدة (تصل إلى 1100 درجة). يتم اشتقاق قوتها من تعزيز الحل الصلب من قبل التنغستن والكروم ، مما يجعلها حاسمة في غرف احتراق المحرك النفاثة.
GRX-810غالبًا ما يتم الاستشهاد بها على أنها الأقوى من حيث القوة ذات درجة الحرارة العالية ومقاومة الزحف ، في حين أن René 95 و 718Plus يهيمن على درجة حرارة الغرفة وقوة شد درجة الحرارة المتوسطة. تعتمد الملصقات "الأقوى" في النهاية على معايير الأداء المحددة المطلوبة.
