Høy-temperaturlegeringer, også kjent som varme-bestandige legeringer eller superlegeringer, er en klasse metallmaterialer som er i stand til lang-drift i høye-temperaturmiljøer og under visse påkjenninger. De viser utmerket motstand mot høy-temperaturoksidasjon og varmkorrosjon, samt overlegen høy-temperaturstyrke, utmattelsesstyrke og krypbruddseighet. Disse legeringene brukes først og fremst i romfarts-, energi- og marine turbinmotorer.
Klassifisering av høy-temperaturlegeringer
1. I henhold til matrisematerialet kan de deles inn i tre kategorier: jern-basert, nikkel-basert og kobolt-basert.
(1) Jern-baserte høy-temperaturlegeringer kalles også varme-legeringsstål. Varme-legeringsstål kan deles inn i martensitt-, austenitt-, perlitt-, ferrittvarme-stål, etc., i henhold til deres normaliseringskrav. Jern-baserte legeringer med høy-temperatur har en relativt lav driftstemperatur (600~850 grader), men deres mekaniske egenskaper for middels-temperatur er gode, som tilsvarer eller er bedre enn tilsvarende nikkel-baserte legeringer. I tillegg er de billige og enkle å deformere under varmarbeid. De brukes vanligvis i deler av motoren med lavere driftstemperaturer, for eksempel turbinskiver, foringsrør og aksler.
(2) Nikkel-baserte høy-temperaturlegeringer har den høyeste driftstemperaturen (ca. 1000 grader) og er mye brukt i produksjonen av de varmeste delene av flyjetmotorer og ulike industrielle gassturbiner, som turbinblader, ledeskovler, turbiner, etc.
(3) Kobolt-baserte høy-temperaturlegeringer har god støpeevne og sveisbarhet og kan brukes ved høye temperaturer på 700~1050 grader. Den er hovedsakelig sammensatt av kobolt, og dens typiske representant er K610, som inneholder mer enn 58 % kobolt. På grunn av den høye prisen og mangelen på kobolt, brukes det sjelden i inn- og utland. Eksisterende merker inkluderer K640, K644, GH188, etc.
2. I henhold til forberedelsesprosessen kan den deles inn i deformerte høy-temperaturlegeringer, støpte høy-temperaturlegeringer og pulverlegeringer med høy-temperatur.
(1) Deformerte legeringer med høy-temperatur
Deformerte legeringer med høy-temperatur refererer til legeringer med høy-temperatur som lages ved kald og varm bearbeiding av blokker til ulike profiler eller emner, og til slutt til varme-endedeler. Nøkkelen er at legeringsblokken kan dannes. Sammenlignet med støpte høy-legeringer med høy temperatur, har deformerte høy-legeringer en lav legeringsgrad. Derfor er smeltepunktet høyere, den øvre grensen for den varme arbeidstemperaturen er høyere, legeringsrekrystalliseringstemperaturen er lavere, og den nedre grensen for den varme arbeidstemperaturen er lavere. Derfor er varmebearbeidingsområdet for deformerte-høytemperaturlegeringer bredere enn for støpte{10}høytemperaturlegeringer. I henhold til de forskjellige matriseelementene kan deformerte høy-temperaturlegeringer deles inn i jern-baserte deformerte-høytemperaturlegeringer, nikkel-baserte deformerte høy-høytemperaturlegeringer og kobolt-baserte deformerte{18}høytemperaturlegeringer.
(2) Støping av legeringer med høy-temperatur
Støping av legeringer med høye-temperaturer er en prosess som direkte støpes eller størknes til deler etter omsmelting av legeringsblokkene. Utviklingen deres begynte på 1940-tallet. Støping av legeringer med høy-temperatur vurderer ikke lenger ytelsen til smideformasjon. Presisjonsstøpemetoder eller retningsbestemte størkningsprosesser kan brukes til å støpe hule tynne-veggede blader med komplekse former og uhindrede indre hulrom. Derfor er den totale mengden elementer i støpte superlegeringer betydelig høyere enn i deformerte superlegeringer. Forsterkende elementer i fast løsning inkluderer Re og Ru, mens innholdet av det ildfaste metallet W økes (i noen legeringer, over 10%). Nedbørs{11}}forsterkende legeringselementer, i tillegg til Al og Ti, inkluderer også Nb, Ta, Hf og V.
Støpte superlegeringer kan klassifiseres ved størkningsmetode i tre kategorier: likeaksede støpte superlegeringer, retningsstørknede søyleformede superlegeringer og enkrystall-superlegeringer. Enkelt-superlegeringer, en ny type superlegering, dannes ved å eliminere alle korngrenser gjennom retningsbestemt størkning. Metaller er sammensatt av individuelle krystaller, derav navnet enkelt-superlegering. Korngrenser er områder i metallet hvor ulike forvrengninger, defekter og urenheter samler seg. Selv om de er sterkere ved romtemperatur enn i krystallen, er de utsatt for å skli ved høye temperaturer. Når styrken til korngrensene avtar ved høye temperaturer, avtar metallets styrke. Eliminering av korngrenser gjennom retningsbestemt størkning gir derfor enkelt-superlegeringer med utmerket ytelse. For øyeblikket bruker nesten alle avanserte motorer turbinblader eller ledeskovler i en{10}}krystalllegering.
(3) Pulveriserte legeringer med høy-temperatur
Etter hvert som arbeidstemperaturen til varme-bestandige legeringer blir høyere og høyere, øker antallet forsterkende elementer i legeringene, og sammensetningen blir mer kompleks, noe som resulterer i noen legeringer som bare kan brukes i støpt tilstand og ikke kan deformeres ved varmbearbeiding. I tillegg forårsaker økningen i legeringselementer alvorlig komponentsegregering i nikkel-baserte legeringer etter størkning, noe som resulterer i ujevn struktur og ytelse. Bruken av pulvermetallurgiteknologi for å produsere høy-temperaturlegeringer kan løse problemene ovenfor. Fordi pulverpartiklene er små og kjølehastigheten under pulverfremstilling er rask, elimineres segregering og varmebearbeidingsegenskapene forbedres. Legeringen som kun kan støpes, gjøres om til en høy-temperaturlegering som kan varmebearbeides-, og flytegrensen og utmattelsesegenskapene forbedres. Pulveriserte{10}høytemperaturlegeringer har skapt en ny måte å produsere legeringer med{11}}høyere styrke på. Pulveriserte-temperaturlegeringer brukes hovedsakelig til å produsere turbinskiver for høy-skyvekraft-til-avanserte flymotorer, og brukes også til å produsere høy-temperatur-varme-komponenter som kompressorskiver, turbin-luftfartøysakseler, og turbin-luftfartøysmotorer.
Bruksområder for høytemperaturlegeringer
1. Luftfart
(1) Brennkammer
Forbrenningskammeret er området med høyest driftstemperatur blant alle motorkomponenter. Når gasstemperaturen i forbrenningskammeret når 1500-2000 grader, kan temperaturen på kammervegglegeringen nå 800-900 grader, og lokalt opp til 1100 grader. De siste årene har de fleste høytemperaturlegeringene som er brukt i brennkammeret, solide løsningsforsterkede legeringer. Legeringene inneholder en stor mengde faste oppløsningsforsterkende elementer som W, Mo og Nb. De har høy temperaturstyrke og gode formings- og sveiseegenskaper. Representative karakterer inkluderer GH1140, GH3030, GH3039, GH3333, GH3018, GH3022, GH3044, GH3128 og GH3170.
(2) Ledeskovler
Ledeskovlene er komponenter som justerer strømningsretningen til gassen som kommer ut av brennkammeret. De kalles også ledeskovler. De er en av delene av turbinmotoren som er utsatt for det største termiske sjokk. Spesielt når forbrenningen i brennkammeret er ujevn eller driften er dårlig, utsettes ledeskovlene for større varmebelastning. Driftstemperaturen til ledeskovlene til avanserte turbinmotorer kan nå 1100 grader. Driftstemperaturen til innenlandske ledeskovlelegeringer kan nå 1000 ~ 1050 grader. Representative høy-presisjonsstøpelegeringer av legeringer inkluderer K214, K233, K406, K417, K403, K409, K408, K423B, etc.
(3) Turbinblader
Turbinblader er komponentene med de strengeste arbeidsforholdene i flymotorer. Arbeidsmiljøtemperaturen er høy. Typiske kvaliteter av legeringsmaterialer med høy-temperatur inkluderer GH4033, GH4037, GH4143, GH4049, GH4151, GH4118, GH4220 osv., som kan brukes i et miljø på 750-950 grader. Når man utvikler nye motorer og modifiserer gamle modeller, brukes støpte høytemperaturlegeringer for å produsere turbinblader. Typiske kvaliteter av støpte legeringer inkluderer K403, K417, K417G, K418, K403, K405, K4002, etc.
