سوپر آلیاژها :
کاربردها و خواص :
تاریخچه سوپر آلیاژها :
طراحان نیاز فراوانی به مواد مستحکم تر و مقاوم تر در برابر خوردگی دارند . فولادهای زنگ نزن توسعه داده شده و به کار رفته در دهه های دوم و سوم قرن بیستم میلادی ، نقطه شروعی برای برآورده شدن خواسته های مهندسی در دماهای بالا بودند . بعدا معلوم شد که این مواد تحت این شرایط دارای استحکام محدودی هستند . جامعه متالورژی با توجه به نیازهای روز افزون بوجود آمده ، با ساخت جایگزین فولاد زنگ نزن که سوپر آلیاژ نامیده شد به این تقاضا پاسخ داد . البته قبل از سوپر آلیاژها مواد اصلاح شده پایه آهن به وجود آمدند ، که بعد ها نام سوپر آلیاژ به خود گرفتند.
معرفی و به کار گیری سوپر آلیاژها :
سوپر آلیاژها ، آلیاژهای پایه نیکل ، پایه آهن – نیکل و پایه کبالت هستند که عموماا در دماهای بالاتر از  540 ° C  استفاده می شوند . سوپر آلیاژهای پایه آهن – نیکل مانند آلیاژ IN – 718  از فن آوری فولادهای زنگ نزن توسعه یافته و معمولا بصورت کار شده می باشند . سوپر آلیاژهای پایه نیکل و  پایه کبالت بسته به نوع کاربرد و ترکیب شیمیایی می توانند بصورت ریخته یا کارشده باشند.
سوپر آلیاژهای دارای ترکیب شیمیایی مناسب را می توان با آهنگری و نورد به اشکال گوناگون در آورد . ترکیب شیمیایی پر آلیاژتر معمولا بصورت ریخته گری می باشند . ساختارهای سرهم بندی شده را می توان با جوشکاری یا لحیم کاری بدست آورد ، اما ترکیب های شیمیایی که دارای مقادیر زیادی از فازهای سخت کننده هستند ، به سختی جوشکاری می شوند . خواص سوپر آلیاژها را با تنظیم ترکیب شیمیایی و فرآیند (شامل عملیات حرارتی) می توان کنترل کرد و استحکام مکانیکی بسیار عالی در محصول تمام شده بدست آورد.
اصول متالورژی سوپر آلیاژها :
سوپر آلیاژهای پایه آهن ، نیکل و کبالت معمولا دارای ساختار بلوری با شبکه مکعبی با سطوح مرکز دار (FCC)  هستند . آهن و کبالت در دمای محیط دارای ساختار FCC  نیستند . هر دو فلز در دماهای باللا یا در حضور عناصر آلیاژی دیگر دگرگونی یافته و شبکه واحد آنها به  FCC  تبدیل می شود . در مقابل ، ساختمان بلوری نیکل در همه دماها به شکل  FCC  است . حد بالایی این عناصر در سوپر آلیاژها توسط دگرگونی فازها و پیدایش فازهای آلوتروپیک تعیین نمی شود بلکه توسط دمای ذوب موضعی آلیاژها و انحلال فازهای استحکام یافته تعیین می گردد .
بعضی از ویژگیها و خواص سوپر آلیاژها : 
1.    فولادهای معمولی و آلیاژهای تیتانیوم در دماهای بالاتر 540 ° C  دارای استحکام کافی نیستند و امکان خسارت دیدن آلیاژ در اثر خوردگی وجود دارد . 
2.    چنانچه استحکام در دماهای بالاتر (زیر دمای ذوب که برای اکثر آلیاژها تقریبا 1371 – 1204 درجه سانتیگراد است .) مورد نیاز باشد ، سوپر آلیاژهای پایه نیکل انتخاب می شوند .
3.    از سوپر آلیاژهای پایه نیکل میتوان در نسبت دمایی بالاتری (نسبت دمای کار به دمای ذوب)  در مقایسه با مواد تجاری  موجود استفاده کرد . فلزات دیر گداز (نسوز) نسبت به سوپر آلیاژها دمای ذوب بالاتری دارند ولی سایر خواص مطلوب آنها را ندارند و به همین خاطر به طور وسیعی مورد استفاده قرار نمی گیرند .
4.    سوپر آلیاژهای پایه کبالت را می توان به جای سوپر آلیاژهای پایه نیکل استفاده کرد که این جایگزینی به استحکام مورد نیاز و نوع خوردگی بستگی دارد .
5.    در دماهای پایین تر وابسته به استحکام مورد نیاز ، سوپر آلیاژهای پایه آهن – نیکل نسبت به سوپر آلیاژهای پایه نیکل و پایه کبالت کاربرد بیشتری پیدا کرده اند .
6.    استحکام سوپر آلیاژ نه تنها مستقیما به ترکیب شیمیایی بلکه به فرآیند ذوب ، آهنگری و روش شکل دهی ، روش ریخته گری و بیشتر از همه به عملیات حرارتی پس از شکل دهی ، آهنگری یا ریخته گری بستگی دارد . 
7.    سوپر آلیاژهای پایه آهن – نیکل نسبت به سوپر آلیاژهای پایه نیکل و پایه کبالت ارزان تر هستند . 
8.    اکثر سوپر آلیاژهای کار شده برای بهبود مقاومت خوردگی دارای مقداری کروم هستند . مقدار کروم در آلیاژهای ریخته در ابتدا زیاد بود ، اما به تدریج مقدار آن کاهش یافت تا عناصر آلیاژی دیگری برای افزایش خواص مکانیکی سوپر آلیاژهای دما بالا ، به آنها افزوده شوند . در سوپر آلیاژهای پایه نیکل با کاهش کروم مقدار آلومینیوم افزایش یافت ، در نتیجه مقاومت اکسیداسیون آنها در همان سطح اولیه باقی می ماند و یا افزایش می یابد ، اما مقاومت در برابر انواع دیگر خوردگی کاهش می یابد .
9.    سوپر آلیاژها مقاومت در برابر اکسیداسیون بالایی دارند اما در بعضی موارد مقاومت خوردگی کافی ندارند . در کاربرد هایی مانند توربین هواپیما که دما بالاتر از  760 ° C  است سوپر آلیاژها باید دارای پوشش باشند . سوپر آلیاژها در کاربردهای طولانی مدت در دماهای بالاتر از  649 ° C  مانند توربین های گازی زمینی می توانند پوشش داشته باشند . 
10.    فن آوری پوشش دهی سوپر آلیاژها بخش مهمی از کاربرد و توسعه آنها می باشد . نداشتن پوشش به معنی کارآیی کم سوپر آلیاژ در دراز مدت و دماهای بالا است .
11.    در سوپر آلیاژها به ویژه در سوپر آلیاژهای پایه نیکل بعضی از عناصر در مقادیر جزئی تا زیاد اضافه شده اند . در بعضی از آلیاژها تعداد عناصر کنترل شده موجود تا 14 عنصر و بیشتر می تواند باشد . 
12.    نیکل ، کبالت ، کروم ، تنگستن ، مولیبدن ، رنیم ، هافنیم و دیگر عناصر استفاده شده در سوپر آلیاژها اغلب گران بوده و مقدارشان در طی زمان متغییر است . 
کاربردها : 
کاربرد سوپر آلیاژها در دماهای بالا بسیار گسترده و شامل قطعات و اجزاء هواپیما ، تجهیزات شیمیایی و پتروشیمی است . 
در جدول زیر فهرستی از کاربردهای جاری سوپر آلیاژها آورده شده است . باید خاطر نشان ساخت ، که همه کاربردها به استحکام در دمای بالا نیاز ندارند . ترکیب و مقاومت خوردگی سوپر آلیاژها ، مواد استانداردی برای ساخت وسایل پزشکی بوجود آورده است . سوپر آلیاژها همچنین کاربردهایی در دماهایی بسیار پایین پیدا کرده اند . 


 

نظرات کاربران

بازگشت