Mikä on korkean lämpötilan seos

Korkean lämpötilan metalliseokset jaetaan kolmen tyyppiseen materiaaliin: 760 asteen korkean lämpötilan materiaalit, 1200 asteen korkean lämpötilan materiaalit ja 1500 asteen korkean lämpötilan materiaalit, joiden vetolujuus on 800 MPa. Toisin sanoen se viittaa korkean lämpötilan metallimateriaaleihin, jotka toimivat pitkään yli 760--1500 asteen lämpötiloissa ja tietyissä olosuhteissa. Niillä on erinomainen kestävyys korkeissa lämpötiloissa, hyvä hapettumisen- ja kuumakorroosionkestävyys, hyvä väsymiskyky, murtolujuus ja muut kattavat ominaisuudet. Siitä on tullut korvaamaton avainmateriaali sotilas- ja siviilikäyttöisten kaasuturbiinimoottorien hot-end-osissa.

Korkean lämpötilan pääseoksia käytetään korkean lämpötilan komponenttien, kuten turbiinien siipien, siipien, turbiinilevyjen, korkeapainekaasuturbiinilevyjen ja ilmailu-, meri- ja teollisuuskaasuturbiinien palokammioiden, valmistukseen. Niitä käytetään myös ilmailuajoneuvojen, rakettimoottoreiden, ydinreaktorien, petrokemian laitteiden ja hiilen valmistukseen. muunnos- ja muut energian muunnoslaitteet.

1930-luvun lopulta lähtien Iso-Britannia, Saksa, Yhdysvallat ja muut maat ovat alkaneet tutkia korkean lämpötilan metalliseoksia. Toisen maailmansodan aikana korkean lämpötilan metalliseosten tutkimus ja käyttö alkoivat voimakkaan kehitysvaiheen aikana vastatakseen uusien ilmailumoottorien tarpeisiin. 1940-luvun alussa Yhdistynyt kuningaskunta lisäsi ensin pienen määrän alumiinia ja titaania 80Ni-20Cr-seokseen lujittavan vaiheen muodostamiseksi ja kehitti ensimmäisen nikkelipohjaisen seoksen, jolla oli suuri lujuus korkeissa lämpötiloissa. Samana aikana Yhdysvallat alkoi käyttää Vitallium-kobolttipohjaisia ​​metalliseoksia terien valmistukseen vastatakseen mäntäaeromoottorien turboahtimien kehittämistarpeisiin.

Lisäksi Yhdysvallat on myös kehittänyt Inconel-nikkelipohjaista metalliseosta suihkumoottoreiden palotilan valmistukseen. Myöhemmin metalliseoksen korkean lämpötilan lujuuden edelleen parantamiseksi metallurgit lisäsivät volframia, molybdeeniä, kobolttia ja muita alkuaineita nikkelipohjaiseen seokseen, lisäsivät alumiini- ja titaanipitoisuutta ja kehittivät sarjan metalliseosmerkkejä, kuten esim. brittiläinen "Nimonic", amerikkalainen "Mar-M" ja "IN" jne.; kobolttipohjaisissa seoksissa elementtejä, kuten nikkeliä ja volframia, lisätään useiden korkean lämpötilan metalliseosten, kuten X-45, HA-188, FSX-414 jne., kehittämiseksi. kobolttivarojen puutteen vuoksi kobolttipohjaisten superseosten kehitys on rajoitettua.

1940-luvulla kehitettiin myös rautapohjaisia ​​superseoksia. 1950-luvulla ilmestyi tuotemerkkejä, kuten A-286 ja Incoloy901. Kuitenkin huonon korkeiden lämpötilojen vakauden vuoksi kehitys on ollut hidasta 1960-luvulta lähtien. Neuvostoliitto alkoi valmistaa "ЭИ"-merkkisiä nikkelipohjaisia ​​superseoksia noin 1950, ja myöhemmin tuotettiin "ЭП"-sarjan muotoutuneita superseoksia ja ЖС-sarjan valettuja superseoksia. Kiina aloitti korkean lämpötilan metalliseosten koetuotannon vuonna 1956, ja vähitellen muodosti muotoutuneiden superseosten "GH"-sarjan ja valettujen superseosten "K"-sarjan. 1970-luvulla Yhdysvallat käytti myös uusia tuotantoprosesseja suunnattujen kiteytettyjen siipien ja jauhemetallurgisten turbiinilevyjen valmistukseen ja kehitti korkean lämpötilan seoskomponentteja, kuten yksikiteisiä siipiä, vastaamaan lentokoneiden moottoreiden turbiinien tulolämpötilojen kasvaviin tarpeisiin.

Toistaiseksi kaikki maat tutkivat uusia korkean lämpötilan metalliseoksia, tekevät jatkuvia läpimurtoja, innovaatioita ja laajentavat sovellusalueita. Nykyaikaisen teollisuuden kehityksessä niistä on ilmeisesti tullut korvaamaton seosmateriaali.

(1) Rautapohjainen korkean lämpötilan seos

Rautapohjaisia ​​korkean lämpötilan metalliseoksia voidaan kutsua myös kuumuutta kestäviksi seosteräksiksi. Sen matriisi on Fe-elementti, johon on lisätty pieni määrä Ni-, Cr- ja muita seosaineita. Lämmönkestävä seosteräs voidaan jakaa martensiittiin, austeniittiin, perliittiin, ferriittilämpöä kestävään teräkseen jne. sen normalisointivaatimusten mukaan.

(2) Nikkelipohjainen korkean lämpötilan seos

Nikkelipohjaiset korkean lämpötilan metalliseokset sisältävät yli puolet nikkelistä ja sopivat yli 1000 asteen työolosuhteisiin. Kiinteän liuoksen ja vanhentamisprosessoinnin avulla virumiskestävyyttä ja puristusmyötölujuutta voidaan parantaa huomattavasti. Tällä hetkellä korkeissa lämpötiloissa käytettävien superseosten analyysin perusteella nikkelipohjaisten superseosten käyttöala ylittää huomattavasti rauta- ja kobolttipohjaisten superseosten käytön. Samaan aikaan nikkelipohjainen korkean lämpötilan metalliseos on myös korkean lämpötilan seos, jolla on suurin tuotanto ja suurin käyttö maassani. Monien turbiinimoottorien turbiinien siivet ja polttokammiot ja jopa turboahtimet käyttävät myös nikkelipohjaisia ​​seoksia valmistelumateriaaleina. Yli puolen vuosisadan ajan ilmailu- ja avaruusmoottoreissa käytettyjen korkean lämpötilan materiaalien kyky kestää korkeita lämpötiloja on kasvanut 1940-luvun lopun 750 astetta 1990-luvun lopun 1200 asteeseen. On sanottava, että tämä valtava parannus on saanut aikaan parannuksia myös valuprosesseissa, pintapinnoitteissa jne. Nopea kehitys.

(3) Kobolttipohjainen korkean lämpötilan seos

Kobolttipohjaisissa korkean lämpötilan metalliseoksissa matriisina käytetään kobolttia, ja kobolttipitoisuus on noin 60 %. Samanaikaisesti on lisättävä elementtejä, kuten Cr ja Ni, parantamaan korkean lämpötilan seoksen lämmönkestävyyttä. Vaikka tällä korkean lämpötilan seoksella on parempi lämmönkestävyys, eri maiden vuoksi Kobolttivarojen tuotanto on suhteellisen pieni ja käsittely vaikeaa, joten määrä ei ole suuri. Sitä käytetään yleensä korkeissa lämpötiloissa (600-1000 astetta) ja korkean lämpötilan osissa, jotka ovat alttiita äärimmäiselle monimutkaiselle rasitukselle pitkään, kuten lentokonemoottorien työsiivet, turbiinilevyt, polttokammion kuumapään komponentit ja ilmailun moottorit. Paremman lämmönkestävyyden saavuttamiseksi normaaleissa olosuhteissa tulee valmistuksen aikana lisätä elementtejä, kuten W, MO, Ti, Al ja Co, jotta varmistetaan sen erinomainen lämmönkestävyys ja väsymiskestävyys.

Seosvahvistuksen tyypin mukaan korkean lämpötilan seokset voidaan jakaa kiinteällä liuoksella vahvistettuihin korkean lämpötilan metalliseoksiin ja ikääntymisen saostuksella vahvistettuihin seoksiin.

(1) Kiinteällä liuoksella vahvistettu tyyppi

Niin sanottu kiinteä liuosvahvistustyyppi on seoksen lisääminen rauta-, nikkeli- tai kobolttipohjaisiin korkean lämpötilan metalliseoksiin yksifaasisen austeniittirakenteen muodostamiseksi. Liuenneen aineen atomit vääristävät kiinteän liuoksen matriisihilaa, mikä lisää liukastumisenkestävyyttä kiinteässä liuoksessa ja vahvistaa sitä. Jotkut liuenneet atomit voivat vähentää metalliseosjärjestelmän pinoamisvikaenergiaa, lisätä taipumusta dislokaatiohajoamiseen, tehdä poikkiliukumisesta vaikeaa ja vahvistaa metalliseosta korkean lämpötilan metalliseosten vahvistamisen tavoitteen saavuttamiseksi.

(2) Ikääntyvien sateiden vahvistuminen

Ns. ikäsaostusvahvistus on lämpökäsittelyprosessi, jossa metalliseostyökappaleelle suoritetaan kiinteä liuoskäsittely, kylmäplastinen muodonmuutos ja se asetetaan korkeampaan lämpötilaan tai huoneenlämpötilaan ominaisuuksiensa säilyttämiseksi. Esimerkiksi: GH4169-lejeeringin suurin myötölujuus on 1000 MPa 650 asteessa, ja seoksen lämpötila terien valmistukseen voi olla 950 astetta.

Jaettu materiaalinmuodostusmenetelmien mukaan: valetut korkean lämpötilan seokset (mukaan lukien tavalliset valuseokset, yksikideseokset, suuntaseokset jne.), deformoituneet korkean lämpötilan seokset ja jauhemetallurgiset korkean lämpötilan seokset (mukaan lukien tavallinen jauhemetallurgia ja oksididispersio- vahvistetut korkean lämpötilan seokset).

(1) Valu korkean lämpötilan seos

Seosmateriaaleja, jotka käyttävät valumenetelmiä osien suoraan valmistukseen, kutsutaan valetuiksi korkean lämpötilan seoksiksi. Seosmatriisin koostumuksen mukaan se voidaan jakaa kolmeen tyyppiin: rautapohjainen valusuperseos, nikkelipohjainen valusuperseos ja timanttipohjainen valusuperseos. Kiteytysmenetelmän mukaan se voidaan jakaa neljään tyyppiin: monikiteinen valettu superseos, suunnattu jähmettymisvalettu superseos, suunnattu eutektinen valusuperseos ja yksikidevalettu superseos.

(2) Epämuodostunut korkean lämpötilan seos

Se on edelleen yleisimmin käytetty materiaali ilmailu- ja avaruusmoottoreissa, ja sitä käytetään laajasti kotimaassa ja ulkomailla. kotimaani vuotuinen muotoutuneiden superseosten tuotanto on noin 1/8 Yhdysvaltojen vastaavasta [2]. Esimerkkinä GH4169-lejeeringistä se on tärkein lajike, jolla on eniten sovelluksia kotimaassa ja ulkomailla. Kotimaassani pääosina käytetään pääasiassa turboakselimoottoreiden pultteja, kompressoreita ja pyöriä sekä öljylenkkejä. Kun muut seostuotteet kypsyvät yhä enemmän, muodonmuutoksia tapahtuu korkeissa lämpötiloissa. Seosten käyttö saattaa vähitellen vähentyä, mutta pysyy hallitsevana tulevina vuosikymmeninä.

(3) Uusi korkean lämpötilan seos

Mukaan lukien korkean lämpötilan jauheseokset, titaani-alumiini intermetalliset yhdisteet, oksididispersiolla vahvistetut korkean lämpötilan seokset, korroosionkestävät korkean lämpötilan seokset, jauhemetallurgia ja nanomateriaalit ja muut tuotesegmentit.

①Kolmannen sukupolven jauheseosten seostusastetta on parannettu, mikä mahdollistaa sen, että se ottaa huomioon kahden ensimmäisen sukupolven edut ja saavuttaa suuremman lujuuden ja pienemmän vaurion. Jauhesuperseosten tuotantoprosessi on yhä kypsempi. Tulevaisuudessa sitä voidaan kehittää seuraavista näkökohdista: jauheen valmistus, lämpökäsittelyprosessi, tietokonesimulaatiotekniikka, kaksoissuorituskykyinen jauhelevy;

②Titaani-alumiini intermetalliyhdisteitä on kehitetty neljänteen sukupolveen, ja ne laajenevat vähitellen kahteen suuntaan: monielementtiset mikroelementit ja suurialkuiset mikroelementit. Hampurin yliopisto Saksassa, Kioton yliopisto Japanissa ja GKSS-keskus Saksassa ovat kaikki tehneet laajaa tutkimusta titaanista. Alumiinin intermetalliyhdisteitä käytetään nyt laivanrakennuksessa, biolääketieteessä ja urheiluvälineissä;

③ Oksididispersiolla vahvistetut superseokset ovat osa jauhesuperseoksia. Tuotannossa ja kehitteillä on lähes 20 tyyppiä. Niillä on korkea lujuus korkeissa lämpötiloissa ja alhaiset jännityskertoimet, ja niitä käytetään laajalti kaasuturbiinien lämmönkestävissä ja hapettumista estävissä komponenteissa, kehittyneissä ilmailumoottoreissa jne. Petrokemian reaktori jne.;

④Korroosionkestäviä korkean lämpötilan metalliseoksia käytetään pääasiassa korvaamaan tulenkestäviä materiaaleja ja lämmönkestävää terästä rakentamisen ja ilmailun aloilla.

NiTi-muistilevy

Lääketieteellinen nitinolilanka