ความคืบหน้าการวิจัยวัสดุซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก
ในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา จีนได้พัฒนาและก่อตั้งระบบซูเปอร์อัลลอยด์ที่ใช้นิกเกิลจำนวนมาก เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมพลังงาน การขนส่ง การบิน การบินและอวกาศ และอุตสาหกรรมอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การพัฒนาซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิลเป็นองค์ประกอบหลัก ได้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์การบินและอวกาศของจีนอย่างมาก มีส่วนสำคัญในการปรับปรุง บทความนี้จะแนะนำประวัติการพัฒนาของซูเปอร์อัลลอยด์ที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบโดยย่อ ทบทวนความคืบหน้าการวิจัยของซูเปอร์อัลลอยด์ที่มีนิกเกิลในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และอภิปรายเกี่ยวกับการใช้งานและแนวโน้มการพัฒนาของซูเปอร์อัลลอยด์ที่มีนิกเกิล
การแนะนำ
วัสดุมากกว่า 50% ในเครื่องยนต์กังหันแก๊สสมัยใหม่ใช้โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง ซึ่งปริมาณของโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงที่มีนิกเกิลคิดเป็นประมาณ 40% ของวัสดุเครื่องยนต์ โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักมีคุณสมบัติที่ครอบคลุมดีเยี่ยมที่อุณหภูมิปานกลางและสูง เหมาะสำหรับการทำงานที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลานานและสามารถต้านทานการกัดกร่อนและการเสียดสีได้ พวกมันซับซ้อนที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิสูง และมีคุณสมบัติทางโลหะวิทยาหลายอย่างในบรรดาซูเปอร์อัลลอยทั้งหมด โลหะผสมที่คนงานสนใจมากที่สุด โลหะผสมอุณหภูมิสูงที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักส่วนใหญ่จะใช้ในส่วนประกอบโครงสร้างที่ทำงานที่ 950~1,050 องศาในสาขาการบินและอวกาศ เช่น ใบพัดทำงานของเครื่องยนต์อากาศยาน จานกังหัน ห้องเผาไหม้ เป็นต้น ดังนั้น การศึกษาซูเปอร์อัลลอยด์ที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบจึงดีมาก ความสำคัญต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมการบินและอวกาศในประเทศของฉัน
1 ภาพรวม
โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงจากนิกเกิลเป็นโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงซึ่งใช้นิกเกิลเป็นเมทริกซ์ (โดยทั่วไปมีเนื้อหามากกว่า 50%) และมีความแข็งแรงสูงและทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนของก๊าซได้ดีในช่วง 650 ถึง 1,000 องศา ได้รับการพัฒนาบนพื้นฐานของโลหะผสม Cr20Ni80 เพื่อตอบสนองความต้องการของความแข็งแรงทางความร้อนที่อุณหภูมิสูง (ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ความต้านทานการคืบ ความล้าที่อุณหภูมิสูง) ประมาณ 1,000 องศา และการต่อต้านอนุมูลอิสระและป้องกันการกัดกร่อนในสื่อก๊าซ มีการเสริมกำลังจำนวนมาก . องค์ประกอบต่างๆ เช่น W, Mo, Ti, Al, Nb, Co ฯลฯ เพื่อให้มั่นใจถึงสมรรถนะที่อุณหภูมิสูงที่เหนือกว่า นอกเหนือจากการเสริมความแข็งแกร่งให้กับสารละลายที่เป็นของแข็งแล้ว ซูเปอร์อัลลอยยังขึ้นอยู่กับการเสริมการตกตะกอนของเฟสของสารประกอบระหว่างโลหะ ′ (Ni3Al หรือ Ni3Ti เป็นต้น) ที่เกิดจาก Al, Ti ฯลฯ และ Ni ซึ่งเป็นการเสริมการกระจายตัวภายในแกรนูลของ MC ที่เสถียรละเอียดบางตัว, M23C6 คาร์ไบด์ และ B, Zr, Re ฯลฯ มีบทบาทในการทำให้ขอบเขตของเกรนบริสุทธิ์และแข็งแกร่งขึ้น วัตถุประสงค์ของการเพิ่ม Cr คือเพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและความต้านทานการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงของโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงให้ดียิ่งขึ้น ซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักมีคุณสมบัติที่ครอบคลุมที่ดีและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ยานยนต์ การสื่อสาร และอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยการสำรวจคุณสมบัติที่เป็นไปได้ของโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก นักวิจัยได้เสนอข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับประสิทธิภาพของพวกเขา นักวิชาการในประเทศและต่างประเทศได้พัฒนาเทคนิคการประมวลผลใหม่สำหรับโลหะผสมที่มีนิกเกิล เช่น การตีขึ้นรูปด้วยความร้อน การเปลี่ยนรูปแบบการอัดขึ้นรูป การเปลี่ยนรูปของแผ่นหุ้ม ฯลฯ
2. ประวัติการพัฒนาซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิลเป็นองค์ประกอบหลัก
ซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักถือเป็นตำแหน่งที่สำคัญอย่างยิ่งในแวดวงซูเปอร์อัลลอยทั้งหมด การพัฒนาและการใช้งานเริ่มขึ้นในปลายทศวรรษที่ 1930 และได้รับการพัฒนาโดยมีพื้นฐานมาจากการเกิดขึ้นของเครื่องบินเจ็ต ทำให้มีข้อกำหนดที่สูงกว่าในด้านประสิทธิภาพของซูเปอร์อัลลอยด์ . สหราชอาณาจักรผลิตโลหะผสมนิกเกิล Nimonic75 (Ni-20Cr-0.4Ti) เป็นครั้งแรกในปี 1941 เพื่อที่จะปรับปรุงความแข็งแรงของการคืบ จึงได้มีการเพิ่มอะลูมิเนียมเพื่อพัฒนา Nimonic80 (Ni{{9} }Cr-2.5Ti-1.3Al) สหรัฐอเมริกาในช่วงกลาง-1940 สหภาพโซเวียตในช่วงปลายทศวรรษ 1940 และจีนในช่วงกลาง-1950 ยังได้พัฒนาซูเปอร์อัลลอยด์ที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักด้วย
การพัฒนาโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงจากนิกเกิลประกอบด้วยสองประเด็น: การปรับปรุงองค์ประกอบของโลหะผสมและนวัตกรรมในกระบวนการผลิต ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 การพัฒนาเทคโนโลยีการถลุงแบบสุญญากาศได้สร้างเงื่อนไขในการกลั่นโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นหลักซึ่งมีอะลูมิเนียมและไทเทเนียมในปริมาณสูง ในช่วงปลายทศวรรษ 1950 เทคโนโลยีการหล่อแบบแม่นยำในการลงทุนถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาชุดโลหะผสมหล่อที่มีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงที่ดี ในทศวรรษที่ 1960 ในช่วงกลางระยะ มีการพัฒนาการตกผลึกแบบทิศทางและซูเปอร์อัลลอยแบบผลึกเดี่ยว และซูเปอร์อัลลอยแบบผงโลหะที่มีประสิทธิภาพดีขึ้น เพื่อตอบสนองความต้องการของเรือและกังหันก๊าซอุตสาหกรรม โลหะผสมที่มีโครเมียมสูงที่มีนิกเกิลเป็นโครเมียมสูงจำนวนหนึ่งซึ่งมีความต้านทานการกัดกร่อนจากความร้อนที่ดีขึ้นและโครงสร้างที่มั่นคงได้รับการพัฒนามาตั้งแต่ปี 1960 โลหะผสม ในเวลาประมาณ 40 ปีตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1940 ถึงปลายทศวรรษ 1970 อุณหภูมิในการทำงานของโลหะผสมที่มีนิกเกิลเพิ่มขึ้นจาก 700 องศาเป็น 1100 องศา โดยเพิ่มขึ้นเฉลี่ยประมาณ 10 องศาต่อปี
