Superleloy (koja se također naziva visoka legura {-) je klasa naprednih metalnih materijala projektiranih za zadržavanje izuzetnih mehaničkih svojstava -, kao što su visoka čvrstoća, otpornost na puzanje, otpornost na umor {{2}, čak i u ekstremnim uvjetima, uključujući i povišene uvjetima, uključujući povišene uvjeti korozivno ili oksidativno okruženje. Za razliku od konvencionalnih legura, superologe su dizajnirane za održavanje strukturnog integriteta i stabilnosti performansi u zahtjevnim aplikacijama gdje bi se standardni metali degradirali ili propali.
Ključne karakteristike koje definiraju superologe uključuju:
Izvrsna visoka - temperaturna čvrstoća (odupiranje deformacije pod trajnom toplinom i opterećenjem).
Superiorna otpornost na puzanje (minimiziranje trajne deformacije tijekom dugih razdoblja pri visokim temperaturama).
Snažna otpornost na koroziju, oksidaciju i toplinski umor (pukotina uzrokovana opetovanim ciklusima grijanja/hlađenja).
Kompatibilnost sa složenim proizvodnim procesima (npr. Lijevanje, kovanje, aditivna proizvodnja) radi formiranja zamršenih komponenti.
Uobičajene vrste napeta legura uključuju nikl - temeljen na kobalt - utemeljen i željezo - utemeljene varijante, s primjenama koje se protežu u zrakoplovnim (turbinskim lopaticama, motorima), stvaranjem napajanja i dijelovima plinske turbine), kemijskim obradama (3 {3 Snaga).
Određivanje "najtežeg" Superaloy je kontekst - ovisan, jer tvrdoća variratoplotna obrada, mikrostrukturne modifikacije(npr. Očvršćivanje oborina, pročišćavanje zrna) imetoda mjerenja(npr. Rockwell C [HRC], Vickers [HV]). Međutim, nekoliko superoloških obitelji i određenih ocjena ističe se za izuzetnu tvrdoću, često uravnoteženo s drugim kritičnim svojstvima (npr. Visoka - temperaturna stabilnost):
Oborine - Očvršćeni nikl - na temelju superolloys
Određeni nikl - temeljen na superolopima, kada se optimiziraju toplinskom obradom, pokazuju vrlo visoku tvrdoću. Na primjer:
Inkonel 718 (UNS N07718): U svom potpuno ostarelom stanju (npr. Rješenje - tretirano na 980 stupnjeva, a zatim dvostruko - starije od 720 stupnjeva i 620 stupnjeva), dostiže tvrdoću od ~ 38–42 HRC (Vickers tvrdoća ~ 370–410 hv). Njegova tvrdoća proizlazi iz stvaranja "(Gama Double Prime, Ni₃nb) i '(Gama Prime, Ni₃al, Ti) talozi, koji blokiraju pokret dislokacije.
Waspaloy (UNS N07001): Starost do vršne čvrstoće, postiže ~ 35–38 hrc (HV ~ 340–370), pri čemu 'talozi pokreću njegovu tvrdoću i visoku temperaturnu čvrstoću.
Kobalt - na bazi superoleja s ojačanjem karbida
Kobalt - natemeljeni superoleiraju značajnu tvrdoću iz karbidnih faza (npr. Cr₃c₂, Wc) raskinuta u svojoj matrici, poboljšavajući otpornost na habanje i abraziju - kritično za visoke {{}}, visoke {{5}.
Stellet 6 (UNS R30006): Klasični kobalt - Chromium - Tungsten Superalloy, ima tipičnu tvrdoću od ~ 39–44 hrc (HV ~ 380–430) u AS - stanju ili kosilovanja. Prisutnost volframa ugljika (WC) i kromovih karbida čini ga izuzetno trošenjem -, koji se koristi u sjedalima ventila, alatima za rezanje i turbinskim brtvama.
Haynes 188 (UNS R30188): Kobalt - nikl - kromium superoleloy s dodanim volframom, dostiže ~ 32–36 hrc (HV ~ 320–350) kada je u stanju, uravnotežujući tvrdoću s otpornošću na oksidaciju do 1149 stupnjeva (2100 stupnjeva (2100 stupnjeva f).
Željezo - na temelju oborina - otvrdnutih superolloys
Iako su općenito manje tvrdi od nikla/kobalt - utemeljene na kolegama, neka željezo - naterolira se utemeljene na specifičnoj uporabi:
17-4PH (UNS S17400): Kao martenzitska oborina - očvrsnuta od nehrđajućeg čelika (često klasificirana kao napeta za blagu temperaturnu uslugu -), njegovo stanje H900 postiže ~ 38–44 hrc (HV ~ 360–410) {}-, iako je ograničen na niže na ograničenje Nikal - razrede.
Važno je napomenuti da je samo "tvrdoća" rijetko jedini kriterij za odabir Superaloy; Aplikacije obično zahtijevaju trgovinu - između tvrdoće, visoke - temperaturne čvrstoće, duktilnost i otpor korozije. Na primjer, napeta s ultra - visoka tvrdoća može nedostajati otpor puzanja potrebnom za plinske turbinske lopatice.
Termička vodljivost nikla - na bazi Superaloys relativno je niska u usporedbi s konvencionalnim metalima (npr. Aluminij, bakar) i varirakemijski sastav(posebno sadržaj legirajućih elemenata poput kroma, aluminija, titana i molibdena),temperatura, imikrostruktura(npr. Veličina zrna, faze taloga). Ispod je raščlanjivanje ključnih detalja:
Na sobnoj temperaturi (25 stupnjeva /77 stupnjeva F), toplinska vodljivost većine nikla - utemeljena na superaloys pada između10–25 W/(m·K)(Watts po metru - Kelvin). Za usporedbu, čisti nikl ima toplinsku vodljivost od ~ 91 w/(m · k) na sobnoj temperaturi - legirajući elementi (dodani kako bi se poboljšala čvrstoća i otpor korozije) značajno smanjuje vodljivost raspršivanjem topline - noseći fonone i elektrone.
Termička vodljivost nikla - na bazi Superaleloyslagano se povećava s porastom temperature(do njihovih ograničenja usluge, ~ 800–1200 stupnjeva /1472–2192 stupanj f). To je zato što, na višim temperaturama, fonon - posredovani prijenos topline postaje dominantniji (elektron - posredovani prijenos, što je učinkovitije na niskim temperaturama, manje utječu temperaturne promjene). Na primjer:
UNELEL 718: ~ 11 w/(m · k) na 25 stupnjeva; ~ 18 w/(m · k) na 600 stupnjeva; ~ 25 w/(m · k) na 1000 stupnjeva.
Inkol 625: ~ 12 w/(m · k) na 25 stupnjeva; ~ 19 w/(m · k) na 600 stupnjeva; ~ 26 w/(m · k) na 1000 stupnjeva.
Cmsx - 4 (jedan - kristalni nikl na bazi nikla): ~ 10 w/(m · k) na 25 stupnjeva; ~ 16 w/(m · k) na 600 stupnjeva; ~ 22 w/(m · k) na 1000 stupnjeva.
Legirajući elementi snažno utječu na toplinsku vodljivost:
Krom (CR): Dodano za otpornost na oksidaciju (obično 15–25 mas.%); Smanjuje vodljivost ometanjem protoka elektrona.
Aluminij (AL) i Titanium (TI): Ključ za formiranje '(ni₃al, ti) taloženje (kritično za visoku temperaturu temperature -); Ovi elementi imaju nižu toplinsku vodljivost od nikla, što dodatno snižava ukupnu vodljivost legure.
Molibden (MO) i volfram (W): Dodano za pojačavanje otpora puzanja; Njihova velika atomska veličina raspršuje fonone, smanjujući vodljivost.
Niska toplinska vodljivost poželjna je osobina za mnoge nikla - na temelju aplikacija za nateralne narade. Na primjer, u plinskim lopaticama turbine, niska vodljivost pomaže u izoliranju jezgre oštrice od ekstremne topline plinova izgaranja (~ 1400 stupnjeva /2552 stupnja F), smanjujući toplinski stres i produžujući životni vijek komponenti. Suprotno tome, u aplikacijama koje zahtijevaju rasipanje topline, ova niska vodljivost može zahtijevati modifikacije dizajna (npr. Hlađenje kanala) kako bi se spriječilo pregrijavanje.
