ما هي المواد سبائك درجة حرارة عالية؟ ما الذي تشمله مواد السبائك عالية الحرارة بشكل أساسي؟

ما هي المواد سبائك درجة حرارة عالية؟ ما الذي تشمله مواد السبائك ذات درجة الحرارة العالية بشكل أساسي؟

السبائك ذات درجة الحرارة العالية هي نوع من السبائك المستخدمة في درجات الحرارة العالية والإجهاد الميكانيكي الشديد وبيئات الأكسدة والتآكل. مع تطور العلوم والتكنولوجيا، شكلت السبائك ذات درجة الحرارة العالية تدريجيا ستة أجزاء كاملة نسبيا.

1. سبيكة مشوهة ذات درجة حرارة عالية

تشير السبائك المشوهة ذات درجة الحرارة العالية إلى نوع من السبائك التي يمكن معالجتها بالتشوه الساخن والبارد، ولها نطاق درجة حرارة تشغيل يبلغ -253 ~ 1320 درجة، ولها خصائص ميكانيكية جيدة، ومؤشرات قوة وصلابة شاملة، ولها درجة حرارة عالية خصائص مضادة للأكسدة ومضادة للتآكل. وفقًا لعملية المعالجة الحرارية، يمكن تقسيمها إلى سبيكة معززة بالمحلول الصلب وسبائك معززة بالعمر.

1. سبيكة معززة بمحلول صلب

نطاق درجة حرارة التشغيل هو 900 ~ 1300 درجة، والحد الأقصى لدرجة الحرارة المضادة للأكسدة تصل إلى 1320 درجة. على سبيل المثال، سبيكة GH128 لديها قوة شد تبلغ 850MPa وقوة خضوع تبلغ 350MPa في درجة حرارة الغرفة؛ قوة شد 140MPa واستطالة 85% عند 1000 درجة؛ عمر متين يصل إلى 200 ساعة واستطالة بنسبة 40% عند 1000 درجة وضغط 30 ميجا باسكال. تُستخدم سبائك المحاليل الصلبة عمومًا في صناعة غرف احتراق محركات الطيران والفضاء والأغلفة والمكونات الأخرى.

2. سبيكة معززة للشيخوخة

تبلغ درجة حرارة التشغيل -253~950 درجة، ويتم استخدامها عمومًا لتصنيع الأجزاء الهيكلية مثل أقراص التوربينات والشفرات لمحركات الطيران والفضاء. تتمتع السبيكة المستخدمة في صنع أقراص التوربينات بدرجة حرارة تشغيل تبلغ -253~700 درجة ويلزم أن تتمتع بقوة جيدة لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة ومقاومة للتعب. على سبيل المثال: تتمتع سبيكة GH4169 بأقصى قوة إنتاج تبلغ 1000 ميجا باسكال عند 650 درجة؛ يمكن أن تصل درجة حرارة السبائك لصنع الشفرات إلى 950 درجة. على سبيل المثال: تتمتع سبيكة GH220 بقوة شد تبلغ 490MPa عند 950 درجة وعمر افتراضي يزيد عن 40 ساعة عند 940 درجة و200MPa.

توفر السبائك الفائقة المشوهة أساسًا المطروقات الهيكلية، والكعك، والخواتم، والقضبان، والألواح، والأنابيب، والشرائط والأسلاك للصناعات الفضائية، والطيران، والطاقة النووية، والصناعات المدنية البترولية.

2. صب السبائك ذات درجة الحرارة العالية

تشير السبائك المصبوبة ذات درجة الحرارة العالية إلى نوع من السبائك ذات درجة الحرارة العالية التي يمكن أو لا يمكن تشكيلها إلا عن طريق طرق الصب. ميزاته الرئيسية هي:

1. لديه نطاق تكوين أوسع. نظرًا لعدم وجود حاجة للنظر في أداء معالجة التشوه، يمكن أن يركز تصميم السبيكة على تحسين أدائها. على سبيل المثال، بالنسبة للسبائك ذات درجة الحرارة العالية المعتمدة على النيكل، يمكن تعديل التركيبة بحيث يصل المحتوى إلى 60% أو أعلى، بحيث تظل السبيكة قادرة على الاحتفاظ بخصائص ممتازة عند درجات حرارة تصل إلى 85% من نقطة انصهار السبيكة .

2. لديه مجال تطبيق أوسع. نظرًا للمزايا الخاصة لطريقة الصب، يمكن تصميم وتصنيع مصبوبات السبائك ذات درجة الحرارة العالية ذات الشكل الصافي تقريبًا أو بدون هامش مع أي هيكل وشكل معقد وفقًا لاحتياجات استخدام الأجزاء.

وفقا لدرجة حرارة الخدمة لسبائك الصب، يمكن تقسيمها إلى الفئات الثلاث التالية:

الفئة 1: سبائك ذات درجة حرارة عالية مصبوبة بلورية متساوية المحاور تستخدم عند درجة -253~650 درجة. يتمتع هذا النوع من السبائك بخصائص شاملة جيدة في نطاق واسع من درجات الحرارة، خاصة عند درجات الحرارة المنخفضة، حيث يتم الحفاظ على القوة واللدونة دون تدهور. على سبيل المثال، سبيكة K4169، والتي تستخدم بكميات كبيرة في محركات الطيران والفضاء، لديها قوة شد تبلغ 1000 ميجا باسكال عند 650 درجة، وقوة خضوع تبلغ 850 ميجا باسكال، ولدونة شد تبلغ 15٪؛ عمر التحمل تحت ضغط 620MPa عند 650 درجة هو 200 ساعة. وقد تم استخدامه لصنع أغلفة الناشر في محركات الطيران والأجزاء الهيكلية المعقدة لمختلف المضخات في محركات الفضاء.

الفئة 2: سبائك كريستالية متساوية المحاور ذات درجة حرارة عالية تستخدم من 650 إلى 950 درجة. يتميز هذا النوع من السبائك بخصائص ميكانيكية عالية ومقاومة للتآكل الساخن عند درجات الحرارة العالية. على سبيل المثال، تتمتع سبيكة K419 بقوة شد أكبر من 700MPa وليونة شد أكبر من 6% عند 950 درجة؛ عند 950 درجة، الحد الأقصى للقوة لمدة 200 ساعة أكبر من 230MPa. هذا النوع من السبائك مناسب للاستخدام كشفرات توربينات محركات الطائرات، ودوارات التوجيه، وتوربينات مصبوبة بشكل متكامل.

الفئة الثالثة: بلورات عمودية صلبة اتجاهياً وسبائك أحادية البلورة عالية الحرارة تستخدم عند درجة 950-1100 . يتمتع هذا النوع من السبائك بخصائص شاملة ممتازة وخصائص مضادة للأكسدة ومقاومة للتآكل الساخن في نطاق درجات الحرارة هذا. على سبيل المثال، سبيكة DD402 البلورية المفردة تتمتع بعمر تشغيلي يصل إلى أكثر من 100 ساعة تحت ضغط يصل إلى 1100 درجة و130MPa. هذه هي مادة شفرات التوربينات الأكثر سخونة المستخدمة في الصين وهي مناسبة لصنع شفرات توربينات المرحلة الأولى للمحركات الجديدة عالية الأداء.

مع التحسين المستمر لتكنولوجيا الصب الدقيق، تظهر أيضًا عمليات خاصة جديدة باستمرار. لقد أدت تكنولوجيا صب الحبيبات الدقيقة، وتقنية التصلب الاتجاهي، وتقنية CA للأجزاء الهيكلية المعقدة ذات الجدران الرقيقة إلى تحسين مستوى صب السبائك ذات درجة الحرارة العالية بشكل كبير واستمر نطاق تطبيقها في الزيادة.

3. سبائك مسحوق المعادن ذات درجة الحرارة العالية

يتم تصنيع منتجات مساحيق السبائك ذات درجة الحرارة العالية باستخدام مسحوق السبائك المتناثرة ذات درجة الحرارة العالية، أو الضغط المتوازن الساخن أو الضغط المتوازن الساخن ثم الحدادة. باستخدام عملية تعدين المساحيق، بسبب جزيئات المسحوق الصغيرة وسرعة التبريد السريعة، يكون التركيب موحدًا، ولا يوجد فصل كبير، والحبوب صغيرة، وأداء المعالجة الساخنة جيد، ومعدل استخدام المعدن مرتفع، والتكلفة منخفضة. تم تحسين قوة الخضوع وخصائص التعب للسبائك بشكل خاص. تحسن كبير.

تتمتع السبائك الفائقة لمسحوق تعدين FGH95 بقوة شد تبلغ 1500 ميجا باسكال عند 650 درجة وعمر افتراضي يزيد عن 50 ساعة تحت ضغط يبلغ 1034 ميجا باسكال. وهي حاليا أعلى قوة من السبائك الفائقة لمسحوق المعادن تحت ظروف عمل تبلغ 650 درجة. يمكن لسبائك تعدين المساحيق ذات درجة الحرارة العالية أن تلبي متطلبات المحركات ذات مستويات الضغط الأعلى وهي المواد المفضلة للمكونات ذات درجة الحرارة العالية مثل أقراص التوربينات وأقراص الضاغط وحواجز التوربينات في المحركات ذات نسب الدفع إلى الوزن العالية.

4. سبيكة تقوية تشتت الأكسيد (ODS).

إنها سبيكة خاصة ذات درجة حرارة عالية تم تشكيلها باستخدام عملية صناعة السبائك الميكانيكية الفريدة (MA). يتم توزيع مراحل تقوية تشتت الأكسيد فائقة الدقة (أقل من 50 نانومتر) عند درجات حرارة عالية بالتساوي في مصفوفة السبائك. لا يزال من الممكن الحفاظ على قوة سبائكها في ظل ظروف قريبة من نقطة انصهار السبيكة نفسها، ولها خصائص زحف ممتازة في درجات الحرارة العالية، ومقاومة فائقة للأكسدة في درجات الحرارة العالية، ومقاومة للتآكل بالكربون والكبريت.

يوجد حاليًا ثلاثة أنواع رئيسية من سبائك المواد المستنفدة للأوزون التي تم إنتاجها تجاريًا:

يمكن استخدام سبيكة MA956 عند درجات حرارة تصل إلى 1350 درجة في جو مؤكسد، لتحتل المرتبة الأولى بين السبائك ذات الحرارة العالية من حيث مقاومة الأكسدة والتآكل الكربوني والكبريتي. يمكن استخدامه لتبطين غرفة الاحتراق لمحركات الطائرات.

يمكن استخدام سبيكة MA754 في درجات حرارة تصل إلى 1250 درجة في جو مؤكسد وتحافظ على قوة عالية جدًا في درجات الحرارة العالية ومقاومة للتآكل الزجاجي المتوسط ​​القلوي. يتم استخدامه الآن لصنع حلقات تروس توجيه المحرك الهوائي وشفرات التوجيه.

تتمتع سبيكة MA6000 بقوة شد تبلغ 222 ميجا باسكال وقوة إنتاج تبلغ 192 ميجا باسكال عند 1100 درجة؛ تبلغ قوة التحمل 1000-ساعة عند 1100 درجة 127 ميجا باسكال، وتحتل المرتبة الأولى بين السبائك عالية الحرارة ويمكن استخدامها في شفرات محركات الفضاء الجوي.

5. المواد المركبة بين المعادن ذات درجة الحرارة العالية

المواد المعدنية ذات درجة الحرارة العالية هي نوع من المواد ذات درجة الحرارة العالية الخاصة بالضوء مع آفاق تطبيق مهمة تم بحثها وتطويرها مؤخرًا. لأكثر من عشر سنوات، نضجت الأبحاث الأساسية حول المركبات المعدنية، وتصميم السبائك، وتطوير العمليات وأبحاث التطبيقات، خاصة في تكنولوجيا الإعداد والمعالجة، وتقوية وتقوية مواد سلسلة Ti-Al، وNi-Al، وFe-Al. حققت الخواص الميكانيكية وأبحاث التطبيقات إنجازات ملحوظة.

تتميز السبائك القائمة على Ti3Al (TAC-1)، والسبائك القائمة على TiAl (TAC-2) والسبائك القائمة على Ti2AlNb بكثافة منخفضة (3.8~5.8 جم/سم 3)، ودرجة حرارة عالية وقوة عالية، وصلابة عالية. ومقاومة ممتازة للأكسدة ومقاومة الزحف. المميزات: يمكنه تقليل وزن الأجزاء الهيكلية بنسبة 35 إلى 50%. تتميز السبائك القائمة على Ni3Al، MX-246 بمقاومة جيدة للتآكل، ومقاومة التآكل ومقاومة التجويف، مما يظهر آفاق تطبيق ممتازة. تتمتع السبائك القائمة على Fe3Al بمقاومة جيدة للأكسدة والتآكل، وقوة عالية في درجات الحرارة المتوسطة (أقل من 600 درجة)، وتكلفة منخفضة. إنها مادة جديدة يمكن أن تحل محل الفولاذ المقاوم للصدأ جزئيًا.