Què són els aliatges d’alta temperatura?

Un aliatge a alta temperatura és qualsevol material d’aliatge que pot funcionar constantment durant un període de temps prolongat en un entorn amb temperatures i estrès altes. També es coneix com a Superalloy i té una gran força d’aliatge. S’utilitza àmpliament en entorns greus d’alta temperatura, incloses les indústries nuclears, petroquímiques, de gas, aeroespacial i automoció.

El desenvolupament de turbines de gas contemporanis i motors d’aviació s’ha ajudat substancialment per l’aparició d’aliatges d’alta temperatura, que els permeten operar a temperatures més grans, augmentar l’eficiència de la combustió i utilitzar menys energia.

Propietats típiques:

- Força més alta a temperatura

- Bona oxidació i resistència a la corrosió

- Bon rendiment de fatiga

- Bona resistència a la fractura

L’estructura metalogràfica és la petita xarxa de grans i les vores entre ells en aliatges d’alta temperatura. Té un gran impacte en les propietats mecàniques de l'aliatge, com el bé que resisteix a les temperatures altes i al rigor. Diferents tipus d’aliatges d’alta temperatura (basats en níquel, basats en ferro, basats en cobalt) tenen diferents microestructures a causa de les seves diferents composicions.

 Fase:Estructura cúbica (FCC) centrada en la cara, com a fase principal de càrrega de l'aliatge, responsable de la força general

 'Fase:Estructura cúbica centrada en la cara ordenada, la fase de reforç, la millora de la força de temperatura elevada

 "Fase:Estructura cúbica centrada en la cara desordenada, com a fase de reforç en alguns aliatges basats en níquel com Inconel 718

 Carbide:Una fase estable a alta temperatura que pot dificultar el lliscament i la deriva del límit del gra, millorar el rendiment del fluix i millorar l'estabilitat del límit del gra

1. Aliatges a alta temperatura basats en níquel

Dins de tot el camp d'aliatges d'alta temperatura, els aliatges basats en níquel tenen una posició especialment significativa. És el més sovint utilitzat dels tres aliatges d’alta temperatura, emprats en la producció de motors a reacció per a avions i els components més calents de diverses turbines de gas industrials.

El seu component principal és el níquel (Ni), que normalment en constitueix més del 50%. Per millorar la seva resistència a temperatures elevades, oxidació, corrosió i fluix, també conté cobalt (CO), crom (CR), molibdè (MO), alumini (AL), Titani (TI), Tungsten (W), Rhenium (RE) i altres elements.

Rendiment principal

- Temperatura màxima de funcionament: fins a 1100 graus

-Excel·lent resistència a alta temperatura i resistència al fluix, adequades per a un servei a llarg termini a llarg termini

- Bona resistència a l’oxidació i resistència a la corrosió del sulfur

- Alguns aliatges basats en níquel es poden soldar i són fàcils de processar

Qualificacions comunes

- Inconel 718 (UNS N07718): Resistència a alta temperatura i resistència al fluix

- Hastelloy X (UNS N06002): Resistència a la corrosió, adequada per a les cambres de combustió

- Waspaloy (UNS N07001): excel·lent força a alta temperatura

- Rene 41 (UNS N07041): força alta, però difícil de processar

- Nimonic 80A (UNS N07080): fulles de turbina de gas

Aplicacions típiques

- Blades de turbines del motor d’avions, cambres de combustió, broquets

- Turbina de gas components de gamma calenta, com ara les cambres de combustió i les pales guies

- Components del reactor de la indústria nuclear

- Entorn de corrosió a alta temperatura petroquímica

2. Aliatge a alta temperatura basat en ferro

L’acer d’aliatge resistent a la calor és un altre nom per a l’aliatge d’alta temperatura basat en ferro, que es compon majoritàriament de ferro (Fe) (normalment superior al 50%) amb traces d’elements d’aliatge com Ni i CR. Segons els seus criteris normalitzadors, l'acer aliatge resistent a la calor es pot classificar com a martensita, austenita, perlita, ferrita, etc.

Rendiment principal

- Utilitzar la temperatura: 750 ~ 900 graus

- Bona resistència a l’oxidació, adequada per a ambients d’alta temperatura

- Low creep resistance and endurance strength, not suitable for extremely high temperature environments (>900 graus)

Qualificacions comunes

Hastelloy d -205: aplicació a alta temperatura resistent a la corrosió

Aplicació típica

- Components de la turbina de gas (components amb una temperatura de funcionament inferior)

- Components menors aeroespacials

- Sistema d’escapament i vàlvules d’alta temperatura a la indústria de l’automoció

3. Superalloys basats en cobalt

El cobalt és el fonament de superallys basats en cobalt, que tenen aproximadament un 60% de cobalt. Per tal d’augmentar la resistència a la calor de superallys, s’han d’afegir components com CR i Ni simultàniament.

Propietats principals

- Excel·lent resistència a l’oxidació i resistència a la corrosió tèrmica, adequada per a ambients extrems

- Bona força a alta temperatura, fins a 1000 graus

- Excel·lent resistència al desgast; Alguns s’utilitzen per a recobriments resistents al desgast

Qualificacions comunes

- Haynes 188 (UNS R30188): forta resistència a l’oxidació

-MAR-M 509: Apte per a fulles de turbines de gas a alta temperatura

Aplicacions típiques

- Components de la turbina de gas, com ara les cambres de combustió

- Lades de turbines del motor d’avions

- Indústria nuclear Equips a alta temperatura

- Components resistents al desgast, com les vàlvules i els coixinets

 Superalloy basat en níquel: el més comú, el millor rendiment

 Superalloy basat en ferro: una resistència a la calor de baix cost i lleugerament pobre

 Superalloy basat en cobalt: destacades anti-oxidació i anticorrosió

1. Solució sòlida reforçada aliatges d’alta temperatura

Per tal de crear clústers de solucions sòlides i augmentar el contingut de l’element de solució sòlida de la matriu d’aliatge d’alta temperatura d’alta temperatura, els elements de solució sòlida de l’aliatge es dissolen a la matriu.

 Avantatges:Millorar la força, la duresa, la duresa i la resistència al desgast d’aliatges d’alta temperatura

 Desavantatges:És fàcil produir fenòmens com els precipitats reduïts i la matriu trencadissa, cosa que afecta la resistència i la duresa de la fatiga dels aliatges a alta temperatura

 Aplicació:Apte per a entorns d’impacte d’alta temperatura a curt termini, com ara les carcasses de turbines de gas.

2. Precipitació reforçada aliatges d’alta temperatura

Es refereix a afegir una certa quantitat d’elements de precipitació a l’aliatge d’alta temperatura per formar una fase microscòpica amb els elements de la matriu, augmentant així la resistència a la flexió i la cisalla de l’aliatge d’alta temperatura.

 Avantatges:

- Millorar la resistència a l’oxidació i la resistència a la corrosió d’aliatges d’alta temperatura

- Millorar la plasticitat, la duresa i la força a temperatures elevades

 Desavantatges:Fàcil de formar esquerdes de superfície, solt i altres problemes, reduint la qualitat i la vida útil dels aliatges d’alta temperatura

 Aplicació:Apte per a peces de servei a llarg termini a llarg termini, com ara fulles de turbines del motor d’avions

3. Aliatges d’alta temperatura reforçats per l’envelliment

Mitjançant el tractament tèrmic, la fase d’enfortiment es precipita per millorar la duresa i la resistència a la calor

 Avantatges: Duresa i rendiment regulables

 Aplicació: Apte per al servei a llarg termini a temperatures altes

4. Aliatges d’alta temperatura reforçats per la dispersió

L’objectiu és augmentar la força i la duresa de l’aliatge afegint partícules dures disperses. Per augmentar la força i la duresa del metall de la base, aquestes partícules dures, que poden ser òxids, carburs, etc.

 Avantatges: Bona resistència a la fatiga i força a alta temperatura

 Aplicació: Suitable for extremely high-temperature environments (>1200 graus)

1. Superalloy deformat

Es refereix a aliatges d’alta temperatura que es poden processar calent i fred mitjançant la forja, el rodatge, l’extrusió i altres processos.

 Funcions: bona plasticitat, alta resistència, adequada per a estructures complexes

 Temperatura de treball: -253 ~ 1320 graus

 Aplicació: disc de turbina del motor d'avions, carcassa

2. Superalloy de repartiment

El material d’aliatge que prepara directament les parts mitjançant el mètode de colada s’anomena aliatge d’alimentació d’alta temperatura.

Segons la matriu, es pot dividir en una colada basada en ferro aliatge a alta temperatura, aliatge a alta temperatura basat en níquel i aliatge de colada basat en cobalt

Segons el mètode de cristal·lització, es pot dividir en colada policristal·lina aliatge d’alta temperatura, solidificació direccional aliatge d’aliatge d’alta temperatura, aliatge de colada eutèctica direccional i aliatge únic de colada de cristall d’alta temperatura d’alta temperatura de cristall

 Funcions: Apte per a ambients d’estrès d’alta temperatura i complexos, l’aliatge de cristall únic no té cap límit de gra i un bon rendiment de fluix

 Aplicació: fulles de turbines del motor d'avions

3. Power Superalloy

És un aliatge a alta temperatura elaborat per un procés de metal·lúrgia en pols.

Segons el mètode d’enfortiment d’aliatge, es divideix en tipus d’enfortiment de la dispersió i de l’enfortiment de les precipitacions.

 Funcions: Estructura uniforme, sense segregació, força de temperatura extremadament alta

 Aplicació: disc de motor aeroespacial

4. ODS Superalloy

→ OSD: Superalloy reforçat per la dispersió d'òxids

La dispersió d’òxids Enfortiment de superallys fa referència a un nou mètode d’enfortiment que afegeix una certa quantitat d’òxids termodinàmicament estables a la superally per dispersar -los a la matriu i formar una fase de dispersió d’òxid que és insoluble en la matriu, reforçant encara més l’aliatge. Normalment es prepara mitjançant aliatge mecànic.

 Funcions: Forta resistència a la fluïdesa per sobre dels 1200 graus

 Aplicació: motor aeroespacial

Aeroespacial: motors d’avions, fulles de turbines, cambres de combustió

Turbines de gas: components a alta temperatura de les turbines de gas per a les centrals elèctriques

Indústria nuclear: estructures de reactor nuclear

Indústria de l’automoció: peces de motor d’alt rendiment

Indústria petroquímica: equipament resistent a la corrosió