Els aliatges d'-alta temperatura, també coneguts com a aliatges-resistents a la calor o superaliatges, són una classe de materials metàl·lics capaços de funcionar-a llarg termini en entorns d'alta-temperatura i sota determinades tensions. Presenten una excel·lent resistència a l'oxidació a alta-temperatura i a la corrosió en calent, així com a una resistència a alta-temperatura, resistència a la fatiga i tenacitat a la fractura per fluència. Aquests aliatges s'utilitzen principalment en motors de turbina aeroespacial, energètic i marin.
Classificació d'aliatges-d'alta temperatura
1. Segons el material de la matriu, es poden dividir en tres categories: a base de ferro-, a base de níquel- i a base de-cobalt.
(1) Els aliatges d'alta temperatura-a base de ferro-també s'anomenen acers aliats resistents a la calor-. Els acers d'aliatge resistents a la calor-es poden dividir en acers resistents a la calor-martensita, austenita, perlita, ferrita, etc., segons els seus requisits de normalització. Els aliatges d'alta temperatura-basats en ferro- tenen una temperatura de funcionament relativament baixa (600 ~ 850 graus ), però les seves propietats mecàniques de-temperatura mitjana són bones, que són equivalents o millors que els aliatges-de níquel similars. A més, són barats i fàcils de deformar durant el treball en calent. Generalment s'utilitzen en parts del motor amb temperatures de funcionament més baixes, com ara discos de turbina, carcasses i eixos.
(2) Els aliatges d'alta-temperatura basats en níquel-tenen la temperatura de funcionament més alta (uns 1000 graus) i s'utilitzen àmpliament en la fabricació de les parts més calentes de motors a reacció d'aviació i diverses turbines de gas industrials, com ara pales de turbines, pales de guia, turbines, etc.
(3) Els aliatges d'alta temperatura-a base de cobalt tenen una bona colabilitat i soldabilitat i es poden utilitzar a altes temperatures de 700 a 1050 graus. Està compost principalment per cobalt, i el seu representant típic és el K610, que conté més d'un 58% de cobalt. A causa de l'alt preu i l'escassetat de cobalt, rarament s'utilitza a casa i a l'estranger. Les marques existents inclouen K640, K644, GH188, etc.
2. Segons el procés de preparació, es pot dividir en aliatges deformats-d'alta temperatura, aliatges d'alta-temperatura de colada i aliatges d'alta-temperatura en pols.
(1) Aliatges deformats-d'alta temperatura
Els aliatges d'alta-temperatura deformats es refereixen als aliatges d'alta-temperatura que es fabriquen mitjançant el processament en fred i calent de lingots en diversos perfils o peces en brut i, finalment, en peces-calentes. La clau és que es pugui formar el lingot d'aliatge. En comparació amb els aliatges d'alta-temperatura de colada, els aliatges d'alta-temperatura deformats tenen un baix grau d'aliatge. Per tant, el punt de fusió és més alt, el límit superior de la temperatura de treball en calent és més alt, la temperatura de recristal·lització de l'aliatge és més baixa i el límit inferior de la temperatura de treball en calent és més baix. Per tant, el rang de treball en calent dels aliatges d'alta-temperatura deformats és més ampli que el dels aliatges d'alta-temperatura de fosa. D'acord amb els diferents elements de la matriu, els aliatges deformats d'alta-temperatura es poden dividir en-aliatges deformats d'alta-temperatura, de níquel-aliatges deformats d'alta-temperatura i aliatges de-cobalt-deformats d'alta{18}temperatura.
(2) Colada d'aliatges-alta temperatura
La colada d'aliatges d'alta-temperatura és un procés que col·loca directament o es solidifica direccionalment en peces després de tornar a fondre els lingots d'aliatge. El seu desenvolupament va començar a la dècada de 1940. La colada d'aliatges d'alta-temperatura ja no té en compte el rendiment de la deformació de la forja. Els mètodes de fosa de precisió o els processos de solidificació direccional es poden utilitzar per colar fulles buides de paret-fina amb formes complexes i cavitats interiors sense obstruccions. Per tant, la quantitat total d'elements en superaliatges fosos és significativament més gran que en superaliatges deformats. Els elements de reforç de la solució sòlida inclouen Re i Ru, mentre que el contingut del metall refractari W augmenta (en alguns aliatges, superant el 10%). Els elements d'aliatge-que enforteixen la precipitació, a més d'Al i Ti, també inclouen Nb, Ta, Hf i V.
Els superaliatges de fosa es poden classificar pel mètode de solidificació en tres categories: superaliatges de fosa equiaxial, superaliatges columnars solidificats direccionalment i superaliatges de cristall simple. Els superaliatges de cristall simple-, un nou tipus de superaliatge, es formen eliminant tots els límits de gra mitjançant la solidificació direccional. Els metalls es componen de cristalls individuals, d'aquí el nom de superaliatge d'un-cristall. Els límits de gra són àrees dins del metall on s'acumulen diverses distorsions, defectes i impureses. Encara que són més forts a temperatura ambient que dins del cristall, són susceptibles de relliscar a altes temperatures. Quan la força dels límits del gra disminueix a altes temperatures, la resistència del metall disminueix. Per tant, l'eliminació dels límits de gra mitjançant la solidificació direccional produeix superaliatges d'-un sol cristall amb un rendiment excel·lent. Actualment, gairebé tots els motors avançats utilitzen pales de turbina d'aliatge d'un-cristall o pales guia.
(3) Aliatges en pols-alta temperatura
A mesura que la temperatura de treball dels aliatges -resistents a la calor augmenta i augmenta, el nombre d'elements de reforç dels aliatges augmenta i la composició es fa més complexa, donant lloc a alguns aliatges que només es poden utilitzar en estat de fosa i que no es poden deformar per treball en calent. A més, l'augment dels elements d'aliatge provoca una segregació greu de components en aliatges basats en níquel-després de la solidificació, donant lloc a una estructura i un rendiment desiguals. L'ús de la tecnologia de la metal·lúrgia de pols per produir aliatges d'-alta temperatura pot resoldre els problemes anteriors. Com que les partícules de pols són petites i la velocitat de refrigeració durant l'elaboració de pols és ràpida, s'elimina la segregació i es milloren les propietats de treball en calent. L'aliatge que només es pot colar es converteix en un aliatge d'alta-temperatura que es pot treballar-en calent, i es milloren les propietats de resistència a la fatiga i de fatiga. Els aliatges en pols d'alta-temperatura han creat una nova manera de produir aliatges-de major resistència. Els aliatges d'alta-temperatura en pols s'utilitzen principalment per fabricar discos de turbines per a motors d'aeronaus d'alta-empenta{-a{-avançats, i també s'utilitzen per produir components-calents{{18}d'alta temperatura, com ara discos de compressor, eixos de turbines i motors d'aeronaus avançats.
Àrees d'aplicació dels aliatges d'alta temperatura
1. Aeroespacial
(1) Cambra de combustió
La cambra de combustió és la zona amb la temperatura de funcionament més alta entre tots els components del motor. Quan la temperatura del gas a la cambra de combustió arriba als 1500-2000 graus, la temperatura de l'aliatge de la paret de la cambra pot arribar als 800-900 graus i localment fins a 1100 graus. En els últims anys, la majoria dels aliatges d'alta temperatura utilitzats a la cambra de combustió són aliatges sòlids reforçats amb solució. Els aliatges contenen una gran quantitat d'elements de reforç de la solució sòlida com W, Mo i Nb. Tenen una resistència a alta temperatura i bones propietats de conformació i soldadura. Els graus representatius inclouen GH1140, GH3030, GH3039, GH3333, GH3018, GH3022, GH3044, GH3128 i GH3170.
(2) Paletes guia
Les pales guia són components que ajusten la direcció del flux del gas que surt de la cambra de combustió. També s'anomenen pales guia. Són una de les parts del motor de turbina que pateixen el major xoc tèrmic. Especialment quan la combustió a la cambra de combustió és desigual o el funcionament és deficient, les pales guia estan sotmeses a una major càrrega de calor. La temperatura de funcionament de les pales de guia dels motors de turbina avançats pot arribar als 1100 graus. La temperatura de funcionament dels aliatges de paleta guia domèstica pot arribar als 1000 ~ 1050 graus. Els aliatges de fosa de precisió d'aliatges d'alta temperatura-representatius inclouen K214, K233, K406, K417, K403, K409, K408, K423B, etc.
(3) Pales de turbina
Les pales de les turbines són els components amb les condicions de treball més severes en els motors d'avions. La temperatura de l'entorn de treball és alta. Els graus típics de materials d'aliatge d'alta -temperatura inclouen GH4033, GH4037, GH4143, GH4049, GH4151, GH4118, GH4220, etc., que es poden utilitzar en un entorn de 750-950 graus . Quan es desenvolupen nous motors i es modifiquen models antics, s'utilitzen aliatges d'alta temperatura per a la fabricació de pales de turbina. Els graus típics d'aliatges de fosa inclouen K403, K417, K417G, K418, K403, K405, K4002, etc.
