A magas-hőmérsékletű ötvözetek, más néven hőálló-ötvözetek vagy szuperötvözetek, a fémanyagok egy osztályát alkotják, amelyek hosszú ideig képesek-működni magas-hőmérsékletű környezetben és bizonyos igénybevételek mellett. Kiválóan ellenállnak a magas-hőmérsékletű oxidációnak és a forró korróziónak, valamint kiváló magas-hőmérsékleti szilárdságot, kifáradási szilárdságot és kúszási törésállóságot mutatnak. Ezeket az ötvözeteket elsősorban repülőgép-, energia- és tengeri turbinás motorokban használják.
A magas hőmérsékletű{0}}ötvözetek osztályozása
1. A mátrix anyaga szerint három kategóriába sorolhatók: vas-alapú, nikkel-alapú és kobalt-alapú.
(1) A vas-alapú, magas hőmérsékletű-ötvözeteket hőálló-ötvözött acéloknak is nevezik. A hőálló -ötvözött acélok a normalizálási követelményeik szerint martenzit, ausztenit, perlit, ferrit hőálló-acélokra stb. oszthatók. A vas-alapú magas hőmérsékletű Ezenkívül olcsók és könnyen deformálódnak a meleg megmunkálás során. Általában a motor alacsonyabb üzemi hőmérsékletű részein használják őket, például turbinatárcsákban, házakban és tengelyekben.
(2) A nikkel-alapú, magas hőmérsékletű{2}}ötvözetek a legmagasabb üzemi hőmérséklettel rendelkeznek (körülbelül 1000 fok), és széles körben használják a repülőgép-sugárhajtóművek és különféle ipari gázturbinák legmelegebb alkatrészeinek, például turbinalapátok, vezetőlapátok, turbinák stb.
(3) A kobalt-alapú, magas hőmérsékletű Főleg kobaltból áll, tipikus képviselője a K610, amely több mint 58% kobaltot tartalmaz. A kobalt magas ára és hiánya miatt itthon és külföldön ritkán használják. A meglévő márkák közé tartozik a K640, K644, GH188 stb.
2. Az előkészítési folyamat szerint deformált, magas hőmérsékletű-ötvözetekre, öntött magas-hőmérsékletű ötvözetekre és magas hőmérsékletű por{3}}ötvözetekre osztható.
(1) Deformált magas hőmérsékletű{1}}ötvözetek
A deformált magas hőmérsékletű-ötvözetek a magas hőmérsékletű A kulcs az, hogy az ötvözet rúd képződhessen. Az öntött magas hőmérsékletű-ötvözetekhez képest a deformált, magas hőmérsékletű-ötvözetek alacsony ötvözési fokúak. Ezért az olvadáspont magasabb, a forró munkahőmérséklet felső határa magasabb, az ötvözet átkristályosítási hőmérséklete alacsonyabb, és a forró munkahőmérséklet alsó határa alacsonyabb. Ezért a deformált magas hőmérsékletű A különböző mátrixelemek szerint a deformált, magas hőmérsékletű
(2) Magas hőmérsékletű-ötvözetek öntése
A magas hőmérsékletű Fejlesztésük az 1940-es években kezdődött. A magas hőmérsékletű-ötvözetek öntése már nem veszi figyelembe a kovácsolás deformációs teljesítményét. A precíziós öntési módszerekkel vagy az irányított szilárdítási eljárásokkal összetett formájú és akadálytalan belső üregű, üreges, vékony falú pengék önthetők. Ezért az öntött szuperötvözetekben az elemek összmennyisége lényegesen nagyobb, mint a deformált szuperötvözetekben. A szilárd oldatos erősítő elemek közé tartozik a Re és Ru, míg a tűzálló fém W tartalma megnövekedett (egyes ötvözetekben meghaladja a 10%-ot). A csapadékot{11}}erősítő ötvözőelemek az Al és Ti mellett Nb, Ta, Hf és V is találhatók.
Az öntött szuperötvözetek szilárdítási módszer szerint három kategóriába sorolhatók: egyentengelyű öntött szuperötvözetek, irányítottan megszilárdult oszlopos szuperötvözetek és egykristály szuperötvözetek. Az egy-kristályos szuperötvözetek, egy új típusú szuperötvözetek úgy jönnek létre, hogy az összes szemcsehatárt irányított szilárdítással megszüntetik. A fémek egyedi kristályokból állnak, innen ered az egykristályos szuperötvözet elnevezés. A szemcsehatárok a fémen belüli területek, ahol különféle torzulások, hibák és szennyeződések halmozódnak fel. Bár szobahőmérsékleten erősebbek, mint a kristályon belül, magas hőmérsékleten hajlamosak elcsúszni. Ha magas hőmérsékleten a szemcsehatárok szilárdsága csökken, a fém szilárdsága csökken. Ezért a szemcsehatárok irányított megszilárdítása révén történő megszüntetése kiváló teljesítményű egy-kristályos szuperötvözeteket eredményez. Jelenleg szinte minden fejlett motor egy{10}kristályötvözet turbinalapátokat vagy vezetőlapátokat használ.
(3) Porított, magas hőmérsékletű{1}}ötvözetek
Ahogy a hőálló ötvözetek munkahőmérséklete egyre magasabb, úgy nő az erősítő elemek száma az ötvözetekben, és az összetétel is bonyolultabbá válik, aminek következtében egyes ötvözetek csak öntött állapotban használhatók fel, és nem deformálódhatnak meleg megmunkálással. Ezenkívül az ötvözőelemek számának növekedése a nikkel-alapú ötvözetekben a megszilárdulás után komoly alkotóelem-leválasztást okoz, ami egyenetlen szerkezetet és teljesítményt eredményez. A porkohászati technológia alkalmazása magas hőmérsékletű ötvözetek előállítására{4}}megoldhatja a fenti problémákat. Mivel a porszemcsék kicsik, és a porkészítés során a hűtési sebesség gyors, megszűnik a szegregáció, és javulnak a melegfeldolgozási tulajdonságok. A csak önthető ötvözetből magas hőmérsékletű-ötvözet készül, amely melegen-megmunkálható, és javul a folyáshatár és a kifáradási tulajdonságok. A porított, magas hőmérsékletű{10}}ötvözetek új módot teremtettek a nagyobb szilárdságú A magas hőmérsékletű porított
Magas hőmérsékletű ötvözetek alkalmazási területei
1. Repülés
(1) Égéskamra
Az égéstér a legmagasabb üzemi hőmérsékletű terület a motor összes alkatrésze közül. Amikor a gáz hőmérséklete az égéstérben eléri az 1500{5}}2000 fokot, a kamrafal ötvözetének hőmérséklete elérheti a 800-900 fokot, helyileg pedig az 1100 fokot. Az utóbbi években az égéstérben használt magas hőmérsékletű ötvözetek többsége szilárd oldattal erősített ötvözet. Az ötvözetek nagy mennyiségben tartalmaznak szilárd oldatot erősítő elemeket, mint például W, Mo és Nb. Magas hőmérsékleti szilárdsággal és jó alakítási és hegesztési tulajdonságokkal rendelkeznek. A reprezentatív minőségek közé tartozik a GH1140, GH3030, GH3039, GH3333, GH3018, GH3022, GH3044, GH3128 és GH3170.
(2) Vezetőlapátok
A vezetőlapátok olyan alkatrészek, amelyek beállítják az égéstérből kilépő gáz áramlási irányát. Vezetőlapátoknak is nevezik őket. Ezek a turbinás motor azon részei, amelyek a legnagyobb hősokknak vannak kitéve. Különösen akkor, ha az égéstérben egyenetlen az égés vagy rossz a működés, a vezetőlapátok nagyobb hőterhelésnek vannak kitéve. A fejlett turbinás motorok vezetőlapátjainak üzemi hőmérséklete elérheti az 1100 fokot. A háztartási vezetőlapát-ötvözetek működési hőmérséklete elérheti az 1000-1050 fokot. A magas hőmérsékletű-ötvözetből készült precíziós öntvény ötvözetek jellemzői közé tartozik a K214, K233, K406, K417, K403, K409, K408, K423B stb.
(3) Turbinalapátok
A turbinalapátok a repülőgép-hajtóművek legnehezebb munkakörülményeivel rendelkező alkatrészek. A munkakörnyezet hőmérséklete magas. A magas hőmérsékletű -ötvözetanyagok tipikus minőségei közé tartoznak a GH4033, GH4037, GH4143, GH4049, GH4151, GH4118, GH4220 stb., amelyek 750{13}}950 fokos környezetben használhatók. Az új motorok fejlesztése és a régi modellek módosítása során a turbinalapátok gyártásához magas hőmérsékletű öntött ötvözeteket használnak. Az öntött ötvözetek tipikus minőségei a K403, K417, K417G, K418, K403, K405, K4002 stb.
