1. Vai niķeļa bāzes superaloys ir dārgi?
Jā, niķeļa bāzes superaloys parasti ir dārgi, bieži vien ievērojami dārgāki nekā parastie sakausējumi vai pat citi augstas veiktspējas materiāli. Viņu augstās izmaksas izriet no vairākiem faktoriem:
Premium izejvielas: Niķelis, pamatelements, ir ievērojami dārgāks nekā dzelzs (tērauda pamatne) vai alumīnijs. Turklāt niķeļa bāzes superaloys satur augstu dārgu leģējošu elementu, piemēram, hroma, molibdēna, volframa, tantaluma un rēnija elementu, līmeni, kas ir kritiski svarīgs to augstas temperatūras izturībai un izturībai pret koroziju. Piemēram, rēnijs (ko izmanto progresīvās kosmiskās aviācijas klasēs) var maksāt tūkstošiem dolāru par kilogramu.
Sarežģīti ražošanas procesi: Niķeļa bāzes superaloys ražošanai nepieciešama precīza kontrole pār kausēšanu (piemēram, vakuuma loka pārkraušanu vai elektronu staru kūli), liešanu (ieskaitot vienkristāla augšanu turbīnu asmeņiem) un termiskās apstrādes. Šīs darbības ir energoietilpīgas, un, lai izvairītos no piesārņojuma, ir nepieciešams specializēts aprīkojums, vēl vairāk palielinot izmaksas.
Maza apjoma ražošana: Tie parasti tiek ražoti nelielos daudzumos nišai, ar augstu likmju lietojumiem (piemēram, aviācijas un kosmosa, enerģijas), nevis masveidā ražotu, kas ierobežo apjomradītus ietaupījumus.
Praksē niķeļa bāzes superaloys var maksāt 5–10 reizes vairāk nekā nerūsējošā tērauda un 2–3 reizes vairāk nekā standarta niķeļa sakausējumi.
2. Kāds ir niķeļa bāzes superaloys sastāvs?
Niķeļa bāzes superaloys ir sarežģīti, vairāku elementu sakausējumi ar niķeli kā galveno komponentu (parasti 50–70% pēc svara). Viņu kompozīcijas ir pielāgotas, lai līdzsvarotu augstas temperatūras izturību, izturību pret koroziju un mikrostrukturālo stabilitāti ar galvenajiem leģējošajiem elementiem, ieskaitot:
Niķelis (NI, 50–70%): Parastais metāls, nodrošinot stabilu uz seju vērstu kubisko (FCC) matricu, kas saglabā elastību augstā temperatūrā.
Hroms (CR, 10–25%): Uzlabo oksidācijas un korozijas rezistenci, veidojot aizsargājošu hroma oksīda (cr₂o₃) slāni, kas ir kritiska, lai izturētu karstas gāzes turbīnās vai ķīmiskajā vidē.
Alumīnijs (AL, 1–6%) un titāns (Ti, 1–5%): Veicināt starpmetāla γ 'nogulsnes (ni₃ (al, ti)) veidošanos, kas ir izkliedēti visā matricā, lai bloķētu dislokācijas kustību, ievērojami palielinot stiprību augstā temperatūrā.
Molibdēns (MO, 1–10%) un volframs (W, 1–10%): Veicina niķeļa matricas cietās šķīduma stiprināšanu, uzlabojot augstas temperatūras šļūdes pretestību (izturība pret lēnu deformāciju stresa apstākļos).
Niobium (nb, 1–5%) vai tantalum (TA, 1–5%): Pievienots, lai veidotu γ "izgulsnējas (piemēram, ni₃nb inconel 718) vai karbīdos, vēl vairāk uzlabojot izturību un šļūdes izturību.
Nelieli elementi: Small amounts of carbon (C), boron (B), zirconium (Zr), or hafnium (Hf) are often included to strengthen grain boundaries, reducing the risk of high-temperature failure. Rhenium (Re) is added to advanced grades (e.g., CMSX-4) to improve creep resistance at extreme temperatures (>1000 ° C).
Tipisku kompozīciju piemēri:
Inconel 718: ~ 52% NI, 19% CR, 18,5% Fe, 5% NB, 3% MO, 0,9% TI, 0,5% Al.
Renē 88DT: ~ 61% NI, 16% Cr, 13% CO, 4% Mo, 3,7% Al, 2,1% TI, 0,7% NB, 0,3% C.
3. Kāds ir niķeļa bāzes superaloys spēks?
Niķeļa bāzes superaloys ir slaveni ar savu izcilo izturību, īpaši paaugstinātā temperatūrā, kur vairums metālu vājinās. To stiprums mainās atkarībā no pakāpes, termiskās apstrādes un temperatūras, bet parasti ietver:
Istabas temperatūras stiepes izturība: Lielākajai daļai niķeļa bāzes superaloys uzrāda galīgās stiepes stiprības (UT) 900–1 600 MPa (130 000–230 000 psi) un ražas stiprumu 600–1200 MPa (87 000–174 000 psi). Piemēram:
Inconel 718: UTS ~ 1300 MPa, ražas stiprums ~ 1100 MPa.
René 95: UTS ~ 1600 MPa, ražas stiprums ~ 1200 MPa (viens no spēcīgākajiem istabas temperatūrā).
Augstas temperatūras spēks: Viņu noteicošā īpašība ir ievērojama stiprība 650–1200 ° C (1200–2200 ° F), kur parastie sakausējumi dramatiski mīkstina. Piemēram:
650 ° C temperatūrā Inconel 718 uztur UT ~ 1000 MPa (pret ~ 200 MPa 316 nerūsējošā tērauda).
Viena kristāla superaloys, piemēram, CMSX-4, saglabā ~ 700 MPa UT 1000 ° C temperatūrā, kas ir kritiska reaktīvo motora turbīnu asmeņiem.
Šļūdes pretestība: Tie augstu temperatūrā pretojas šļūdes (lēnai, pastāvīgai deformācijai pastāvīgā stresa apstākļos). Piemēram, René 88DT ir minimāls šļūdes (<0.1% strain) after 1,000 hours under 200 MPa stress at 850°C-far outperforming other alloys.
Noguruma spēks: Tie labi iztur ciklisko stresu, pat augstā temperatūrā. Piemēram, Inconel 718 noguruma stiprums ir ~ 500 MPa 650 ° C temperatūrā zem 10⁷ cikliem, padarot to piemērotu rotējošām sastāvdaļām, piemēram, turbīnu diskiem.
Šī izturības kombinācija plašā temperatūras diapazonā padara niķeļa bāzes superakromus neaizvietojamus tādos lietojumos kā kosmiskās aviācijas turbīnas, kodolreaktori un augstas veiktspējas rūpniecības mašīnas.
