โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงคืออะไร? วัสดุโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงส่วนใหญ่ประกอบด้วยอะไรบ้าง?
โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงเป็นโลหะผสมชนิดหนึ่งที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ความเค้นเชิงกลที่รุนแรง และสภาพแวดล้อมออกซิเดชั่นและการกัดกร่อน ด้วยการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงค่อยๆ ก่อตัวขึ้นเป็นหกส่วนที่ค่อนข้างสมบูรณ์
1. โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงผิดรูป
โลหะผสมอุณหภูมิสูงที่เสียรูปหมายถึงโลหะผสมชนิดหนึ่งที่สามารถแปรรูปได้โดยการเสียรูปทั้งร้อนและเย็น มีช่วงอุณหภูมิในการทำงานที่ -253 ~ 1320 องศา มีคุณสมบัติทางกลที่ดี มีตัวบ่งชี้ความแข็งแรงและความเหนียวที่ครอบคลุม และมีสูง คุณสมบัติต่อต้านอนุมูลอิสระและป้องกันการกัดกร่อน ตามกระบวนการบำบัดความร้อน มันสามารถแบ่งออกเป็นโลหะผสมเสริมความแข็งแกร่งด้วยสารละลายของแข็งและโลหะผสมเสริมความแข็งแกร่งตามอายุ
1. สารละลายแข็งผสมโลหะผสม
ช่วงอุณหภูมิในการทำงานคือ 900 ~ 1300 องศา และอุณหภูมิต่อต้านอนุมูลอิสระสูงสุดถึง 1320 องศา ตัวอย่างเช่นโลหะผสม GH128 มีความต้านทานแรงดึง 850MPa และความแข็งแรงของผลผลิต 350MPa ที่อุณหภูมิห้อง ความต้านทานแรงดึง 140MPa และการยืดตัว 85% ที่ 1,000 องศา อายุการใช้งานทนทาน 200 ชั่วโมงและการยืดตัว 40% ที่ 1,000 องศาและความเครียด 30MPa โดยทั่วไปโลหะผสมสารละลายแข็งจะใช้เพื่อสร้างห้องเผาไหม้ เครื่องยนต์การบินและอวกาศ เคสซิ่ง และส่วนประกอบอื่นๆ
2. โลหะผสมที่เสริมสร้างความชรา
อุณหภูมิในการทำงานอยู่ที่ -253~950 องศา และโดยทั่วไปจะใช้เพื่อสร้างชิ้นส่วนโครงสร้าง เช่น จานกังหันและใบพัดสำหรับเครื่องยนต์การบินและอวกาศ โลหะผสมที่ใช้ทำจานกังหันมีอุณหภูมิในการทำงาน -253~700 องศา และจำเป็นต้องมีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและต่ำและทนต่อความล้าได้ดี ตัวอย่างเช่น: โลหะผสม GH4169 มีความแข็งแรงของผลผลิตสูงสุด 1,000MPa ที่ 650 องศา; อุณหภูมิโลหะผสมสำหรับทำใบมีดสามารถเข้าถึง 950 องศา ตัวอย่างเช่น: โลหะผสม GH220 มีความต้านทานแรงดึง 490MPa ที่ 950 องศา และอายุการใช้งานยาวนานกว่า 40 ชั่วโมงที่ 940 องศา และ 200MPa
ซูเปอร์อัลลอยด์ที่มีรูปทรงผิดปกติส่วนใหญ่ใช้ในการตีขึ้นรูปโครงสร้าง เค้ก แหวน ท่อน แท่ง แผ่น ท่อ แถบ และสายไฟสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ การบิน พลังงานนิวเคลียร์ และอุตสาหกรรมโยธาปิโตรเลียม
2. การหล่อโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง
โลหะผสมที่หล่ออุณหภูมิสูงหมายถึงประเภทของโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงที่สามารถหรือสามารถขึ้นรูปได้โดยวิธีการหล่อเท่านั้น คุณสมบัติหลักคือ:
1. มีช่วงองค์ประกอบภาพที่กว้างขึ้น เนื่องจากไม่จำเป็นต้องคำนึงถึงประสิทธิภาพในการประมวลผลการเสียรูป การออกแบบโลหะผสมจึงสามารถมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพได้ ตัวอย่างเช่น สำหรับโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงซึ่งมีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก สามารถปรับองค์ประกอบเพื่อให้เนื้อหา ' มีถึง 60% หรือสูงกว่า เพื่อให้โลหะผสมยังคงสามารถรักษาคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิสูงถึง 85% ของจุดหลอมเหลวของโลหะผสม .
2. มีขอบเขตการใช้งานที่กว้างขึ้น เนื่องจากข้อดีพิเศษของวิธีการหล่อ การหล่อโลหะผสมอุณหภูมิสูงที่มีรูปร่างเกือบเป็นตาข่ายหรือไม่มีขอบสามารถออกแบบและผลิตได้ด้วยโครงสร้างและรูปร่างที่ซับซ้อนตามความต้องการใช้งานของชิ้นส่วน
ตามอุณหภูมิการใช้งานของการหล่อโลหะผสมสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทดังต่อไปนี้:
หมวดที่ 1: โลหะผสมอุณหภูมิสูงที่หล่อด้วยคริสตัล Equiaxed ใช้ที่อุณหภูมิ -253~650 องศา โลหะผสมประเภทนี้มีคุณสมบัติที่ครอบคลุมที่ดีในช่วงอุณหภูมิที่หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิต่ำ โดยที่ทั้งความแข็งแรงและความเป็นพลาสติกจะคงอยู่โดยไม่มีการย่อยสลาย ตัวอย่างเช่น โลหะผสม K4169 ซึ่งใช้ในเครื่องยนต์การบินและอวกาศจำนวนมาก มีความต้านทานแรงดึง 1,000MPa ที่ 650 องศา ความแข็งแรงของผลผลิต 850MPa และความเป็นพลาสติกแรงดึง 15% อายุการใช้งานความอดทนภายใต้ความเครียด 620MPa ที่ 650 องศาคือ 200 ชั่วโมง มันถูกใช้เพื่อสร้างปลอกดิฟฟิวเซอร์ในเครื่องยนต์การบินและอวกาศและชิ้นส่วนโครงสร้างที่ซับซ้อนสำหรับปั๊มต่างๆ ในเครื่องยนต์การบินและอวกาศ
หมวด 2: โลหะผสมอุณหภูมิสูงหล่อคริสตัล Equiaxed ใช้ที่ 650 ถึง 950 องศา โลหะผสมประเภทนี้มีคุณสมบัติทางกลสูงและทนต่อการกัดกร่อนจากความร้อนที่อุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่นโลหะผสม K419 มีความต้านทานแรงดึงมากกว่า 700MPa และค่าความเป็นพลาสติกแรงดึงมากกว่า 6% ที่ 950 องศา ที่ 950 องศา ขีดจำกัดความแรงสูงสุดเป็นเวลา 200 ชั่วโมงมากกว่า 230MPa โลหะผสมประเภทนี้เหมาะสำหรับใช้เป็นใบพัดกังหันของเครื่องยนต์อากาศยาน ใบพัดนำทาง และกังหันแบบหล่อในตัว
หมวดที่ 3: ผลึกเรียงเป็นแนวแข็งทิศทางและอัลลอยด์อุณหภูมิสูงแบบผลึกเดี่ยว ใช้ที่ 950-1100 องศา โลหะผสมประเภทนี้มีคุณสมบัติที่ครอบคลุมดีเยี่ยมและมีคุณสมบัติต่อต้านอนุมูลอิสระและป้องกันการกัดกร่อนจากความร้อนในช่วงอุณหภูมินี้ ตัวอย่างเช่น โลหะผสมคริสตัลเดี่ยว DD402 มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 100 ชั่วโมงภายใต้ความเครียด 1100 องศาและ 130MPa นี่คือวัสดุใบพัดกังหันที่ร้อนแรงที่สุดที่ใช้ในประเทศจีน และเหมาะสำหรับการผลิตใบพัดกังหันขั้นแรกสำหรับเครื่องยนต์สมรรถนะสูงใหม่ๆ
ด้วยการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีการหล่อที่มีความแม่นยำ กระบวนการพิเศษใหม่ๆ ก็เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องเช่นกัน เทคโนโลยีการหล่อแบบละเอียด เทคโนโลยีการแข็งตัวตามทิศทาง และเทคโนโลยี CA สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างผนังบางที่ซับซ้อน ได้ปรับปรุงระดับการหล่อโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นอย่างมาก และขอบเขตการใช้งานก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
3. ผงโลหะผสมโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง
ผลิตภัณฑ์ผงโลหะผสมอุณหภูมิสูงผลิตขึ้นโดยใช้ผงโลหะผสมอุณหภูมิสูงที่ทำให้เป็นอะตอม การกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อน หรือการกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อน แล้วจึงทำการปลอม การใช้กระบวนการโลหะผสมผงเนื่องจากอนุภาคผงขนาดเล็กและความเร็วการทำความเย็นที่รวดเร็ว องค์ประกอบมีความสม่ำเสมอ ไม่มีการแบ่งแยกมหภาค และเมล็ดมีขนาดเล็ก ประสิทธิภาพการประมวลผลที่ร้อนดี อัตราการใช้โลหะสูง และต้นทุนต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งคุณสมบัติความแข็งแรงของผลผลิตและความล้าของโลหะผสมได้รับการปรับปรุง การปรับปรุงครั้งใหญ่
ซูเปอร์อัลลอยโลหะผสมผง FGH95 มีความต้านทานแรงดึง 1500MPa ที่ 650 องศา และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 50 ชั่วโมงภายใต้ความเค้น 1,034MPa ปัจจุบันเป็นซุปเปอร์อัลลอยด์โลหะผสมผงแผ่นที่มีความแข็งแรงสูงที่สุดภายใต้สภาวะการทำงาน 650 องศา โลหะผสมอุณหภูมิสูงสำหรับโลหะผสมผงสามารถตอบสนองความต้องการของเครื่องยนต์ที่มีระดับความเครียดสูงกว่า และเป็นวัสดุที่เลือกใช้สำหรับส่วนประกอบที่มีอุณหภูมิสูง เช่น จานกังหัน จานคอมเพรสเซอร์ และแผ่นกั้นกังหันในเครื่องยนต์ที่มีอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักสูง
4. โลหะผสมเสริมการกระจายตัวของออกไซด์ (ODS)
เป็นโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงพิเศษที่เกิดขึ้นโดยใช้กระบวนการโลหะผสมทางกล (MA) อันเป็นเอกลักษณ์ เฟสเสริมการกระจายตัวของออกไซด์ที่มีความเสถียรเป็นพิเศษที่ละเอียดเป็นพิเศษ (น้อยกว่า 50 นาโนเมตร) ที่อุณหภูมิสูงจะกระจายอย่างเท่าเทียมกันในเมทริกซ์อัลลอยด์ ความแข็งแรงของโลหะผสมยังคงสามารถรักษาไว้ได้ภายใต้สภาวะที่ใกล้กับจุดหลอมเหลวของโลหะผสม และมีคุณสมบัติการคืบคลานที่อุณหภูมิสูงที่ดีเยี่ยม ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงที่เหนือกว่า ความต้านทานการกัดกร่อนของคาร์บอนและซัลเฟอร์
ปัจจุบันมีโลหะผสม ODS หลักสามประเภทที่ผลิตในเชิงพาณิชย์:
โลหะผสม MA956 สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 1,350 องศาในบรรยากาศออกซิไดซ์ ซึ่งติดอันดับหนึ่งในโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงในแง่ของความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน การกัดกร่อนของคาร์บอนและซัลเฟอร์ สามารถใช้ซับห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์อากาศยานได้
โลหะผสม MA754 สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 1250 องศาในบรรยากาศออกซิไดซ์ และรักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงมากและทนต่อการกัดกร่อนของกระจกอัลคาไลปานกลาง ปัจจุบันใช้ทำวงแหวนเกียร์ไกด์ของเครื่องยนต์อากาศยานและใบมีดนำ
โลหะผสม MA6000 มีความต้านทานแรงดึง 222MPa และความแข็งแรงของผลผลิต 192MPa ที่ 1100 องศา 1000-ความแข็งแกร่งด้านความทนทานต่อชั่วโมงที่ 1100 องศาคือ 127MPa ซึ่งครองอันดับหนึ่งในบรรดาโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง และสามารถใช้ในใบพัดของเครื่องยนต์การบินและอวกาศได้
5. วัสดุที่มีอุณหภูมิสูงผสมอินเตอร์เมทัลลิก
วัสดุอุณหภูมิสูงระหว่างโลหะเป็นวัสดุอุณหภูมิสูงชนิดหนึ่งที่มีความจำเพาะต่อแสงและมีแนวโน้มการใช้งานที่สำคัญซึ่งได้รับการวิจัยและพัฒนาเมื่อเร็วๆ นี้ เป็นเวลากว่าสิบปีแล้วที่การวิจัยพื้นฐานเกี่ยวกับสารประกอบระหว่างโลหะ การออกแบบโลหะผสม การพัฒนากระบวนการ และการวิจัยการใช้งานได้เติบโตเต็มที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเทคโนโลยีการเตรียมและการแปรรูป การเสริมความแข็งแกร่งและการเสริมความแข็งแกร่งของวัสดุซีรีส์ Ti-Al, Ni-Al และ Fe-Al สมบัติทางกลและการวิจัยการใช้งานทำให้ประสบความสำเร็จอย่างน่าทึ่ง
โลหะผสมที่มี Ti3Al (TAC{2}}), โลหะผสมที่มี TiAl (TAC{4}}) และโลหะผสมที่มี Ti2AlNb มีความหนาแน่นต่ำ (3.8~5.8g/cm3), อุณหภูมิสูงและมีความแข็งแรงสูง, ความเป็นเหล็กกล้าสูง และต้านทานการเกิดออกซิเดชันและการต้านทานการคืบได้ดีเยี่ยม ข้อดี: สามารถลดน้ำหนักของชิ้นส่วนโครงสร้างได้ 35 ถึง 50% โลหะผสมที่มี Ni3Al, MX-246 มีความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการสึกหรอ และความต้านทานการเกิดโพรงอากาศที่ดี ซึ่งแสดงให้เห็นโอกาสการใช้งานที่ดีเยี่ยม โลหะผสมที่ใช้ Fe3Al มีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนที่ดี มีความแข็งแรงสูงที่อุณหภูมิปานกลาง (น้อยกว่า 600 องศา) และต้นทุนต่ำ เป็นวัสดุใหม่ที่สามารถทดแทนสเตนเลสได้บางส่วน
