سوپر آلیاژها

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، گذشت زمان مشخص نمود 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.

سوپر آلیاژ ها که با نام ابر آلیاژها نیز شناخته می شوند ترکیبی از چند فلز خاص هستند و از مقاومت بالایی در برابر خوردگی و حرارت برخوردار اند. در این مقاله به بررسی کاربرد و خواص این نوع از آلیاژها خواهیم پرداخت.

معرفی و به کار گیری سوپر آلیاژها

سوپر آلیاژها، آلیاژهای پایه نیکل، پایه آهن – نیکل و پایه کبالت هستند که عموما 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 آلیاژ ها

سوپر آلیاژ های 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 بالا 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.

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 آلیاژ های پایه نیکل انتخاب می شوند.
  3. از سوپر آلیاژ های 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 آلیاژ های 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 آلیاژ های پایه نیکل و پایه کبالت ارزان تر هستند.
  8. اکثر سوپر آلیاژ های 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 آلیاژ های 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 آلیاژ ها اغلب گران بوده و مقدارشان در طی زمان متغییر است.

کاربرد سوپر آلیاژها

کاربرد سوپر آلیاژ ها در دماهای بالا بسیار گسترده و شامل قطعات و اجزاء هواپیما، تجهیزات شیمیایی و پتروشیمی است.
در جدول زیر فهرستی از کاربردهای جاری سوپر آلیاژ ها 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 آلیاژ ها همچنین کاربردهایی در دماهایی بسیار پایین پیدا کرده اند.

جدول سوپر آلیاژها

مقالات بیشتر

آنودایز

آندایز چیست؟

عملیات آندایزینگ سالهاست با هدف افزایش ضخامت لایه های اکسیدی بر روی فلزاتی چون تیتانیوم، روی، تنگستن و آلومینیوم صورت...

ادامه مطلب
error: Content is protected !!
اسکرول به بالا