Wat is een legering op hoge temperatuur

Legeringen voor hoge temperaturen zijn onderverdeeld in drie soorten materialen: materialen voor hoge temperaturen van 760 graden, materialen voor hoge temperaturen van 1200 graden en materialen voor hoge temperaturen van 1500 graden, met een treksterkte van 800 MPa. Met andere woorden, het verwijst naar metalen materialen met een hoge temperatuur die lang werken bij temperaturen boven 760--1500 graden en onder bepaalde omstandigheden. Ze hebben een uitstekende sterkte bij hoge temperaturen, goede weerstand tegen oxidatie en hete corrosie, goede vermoeidheidsprestaties, breuktaaiheid en andere uitgebreide eigenschappen. Het is een onvervangbaar sleutelmateriaal geworden voor hot-end componenten van militaire en civiele gasturbinemotoren.

Hoofdlegeringen voor hoge temperaturen worden gebruikt voor de vervaardiging van componenten voor hoge temperaturen, zoals turbinebladen, schoepen, turbineschijven, hogedrukgasturbineschijven en verbrandingskamers voor gasturbines in de luchtvaart, de marine en de industrie. Ze worden ook gebruikt voor de productie van ruimtevaartvoertuigen, raketmotoren, kernreactoren, petrochemische apparatuur en steenkool. conversie- en andere apparaten voor energieconversie.

Sinds het einde van de jaren dertig zijn Groot-Brittannië, Duitsland, de Verenigde Staten en andere landen begonnen met het bestuderen van legeringen voor hoge temperaturen. Om aan de behoeften van nieuwe ruimtevaartmotoren te voldoen, begon het onderzoek en het gebruik van hogetemperatuurlegeringen tijdens de Tweede Wereldoorlog een periode van krachtige ontwikkeling. Begin jaren veertig voegde Groot-Brittannië voor het eerst een kleine hoeveelheid aluminium en titanium toe aan de 80Ni-20Cr-legering om een ​​fase voor versterking te vormen, en ontwikkelde het de eerste op nikkel gebaseerde legering met hoge sterkte bij hoge temperaturen. Om tegemoet te komen aan de behoeften van de ontwikkeling van turbocompressoren voor vliegtuigmotoren met zuigermotoren, begonnen de Verenigde Staten in dezelfde periode Vitallium-kobaltgebaseerde legeringen te gebruiken om bladen te maken.

Daarnaast hebben de Verenigde Staten ook een op nikkel gebaseerde Inconel-legering ontwikkeld om de verbrandingskamer van straalmotoren te maken. Om de sterkte van de legering bij hoge temperaturen verder te verbeteren, voegden metallurgen later wolfraam, molybdeen, kobalt en andere elementen toe aan de op nikkel gebaseerde legering, verhoogden ze het aluminium- en titaniumgehalte en ontwikkelden ze een reeks legeringsmerken, zoals de Britse "Nimonic", de Amerikaanse "Mar-M" en "IN", enz.; in op kobalt gebaseerde legeringen worden elementen zoals nikkel en wolfraam toegevoegd om een ​​verscheidenheid aan hogetemperatuurlegeringen te ontwikkelen, zoals X-45, HA-188, FSX-414, enz. door het gebrek aan kobaltbronnen is de ontwikkeling van op kobalt gebaseerde superlegeringen beperkt.

In de jaren veertig werden ook op ijzer gebaseerde superlegeringen ontwikkeld. In de jaren vijftig verschenen merken als A-286 en Incoloy901. Vanwege de slechte stabiliteit bij hoge temperaturen is de ontwikkeling sinds de jaren zestig echter traag verlopen. De Sovjet-Unie begon rond 1950 met de productie van op nikkel gebaseerde superlegeringen van het merk "ЭИ", en produceerde later vervormde superlegeringen uit de "ЭП"-serie en gegoten superlegeringen uit de ЖС-serie. China begon in 1956 met de proefproductie van legeringen voor hoge temperaturen en vormde geleidelijk de "GH" -serie van vervormde superlegeringen en de "K" -serie van gegoten superlegeringen. In de jaren zeventig gebruikten de Verenigde Staten ook nieuwe productieprocessen om directionele gekristalliseerde bladen en poedermetallurgie-turbineschijven te vervaardigen, en ontwikkelden zij legeringscomponenten op hoge temperatuur, zoals monokristallijne bladen om te voldoen aan de toenemende behoeften van de inlaattemperaturen van de turbine van vliegtuigmotoren.

Tot nu toe doen alle landen onderzoek naar nieuwe legeringen voor hoge temperaturen, waarbij voortdurend doorbraken en innovaties worden geboekt en de toepassingsvelden worden uitgebreid. In de ontwikkeling van de moderne industrie zijn ze duidelijk een onmisbaar legeringsmateriaal geworden.

(1) Op ijzer gebaseerde legering voor hoge temperaturen

Op ijzer gebaseerde hogetemperatuurlegeringen kunnen ook hittebestendig gelegeerd staal worden genoemd. De matrix bestaat uit een Fe-element, waaraan een kleine hoeveelheid Ni, Cr en andere legeringselementen is toegevoegd. Hittebestendig gelegeerd staal kan worden onderverdeeld in martensiet, austeniet, perliet, ferriet hittebestendig staal, enz., afhankelijk van de normaliserende vereisten.

(2) Op nikkel gebaseerde legering voor hoge temperaturen

Op nikkel gebaseerde hogetemperatuurlegeringen bevatten meer dan de helft van het nikkel en zijn geschikt voor werkomstandigheden boven de 1000 graden. Door gebruik te maken van een vaste oplossing en verouderingsverwerking kunnen de kruipweerstand en de drukvloeisterkte aanzienlijk worden verbeterd. Op basis van de analyse van superlegeringen die worden gebruikt in omgevingen met hoge temperaturen, is de reikwijdte van het gebruik van op nikkel gebaseerde superlegeringen momenteel veel groter dan het gebruik van op ijzer en kobalt gebaseerde superlegeringen. Tegelijkertijd is de op nikkel gebaseerde hogetemperatuurlegering ook de hogetemperatuurlegering met de grootste productie en het grootste gebruik in mijn land. Veel turbinebladen en verbrandingskamers van turbinemotoren, en zelfs turbocompressoren, gebruiken ook legeringen op nikkelbasis als voorbereidingsmateriaal. Al meer dan een halve eeuw zijn de hogetemperatuureigenschappen van hogetemperatuurmaterialen die in lucht- en ruimtevaartmotoren worden gebruikt, toegenomen van 750 graden eind jaren veertig tot 1200 graden eind jaren negentig. Het moet gezegd worden dat deze enorme verbetering ook heeft geleid tot verbeteringen in gietprocessen, oppervlaktecoatings, enz. Snelle ontwikkeling.

(3) Op kobalt gebaseerde legering voor hoge temperaturen

Op kobalt gebaseerde legeringen voor hoge temperaturen gebruiken kobalt als matrix, en het kobaltgehalte is goed voor ongeveer 60%. Tegelijkertijd moeten elementen zoals Cr en Ni worden toegevoegd om de hittebestendigheid van de hogetemperatuurlegering te verbeteren. Hoewel deze hogetemperatuurlegering een betere hittebestendigheid heeft, is de productie van kobaltbronnen vanwege verschillende landen relatief klein en is de verwerking moeilijk, dus de hoeveelheid is niet groot. Het wordt meestal gebruikt in omstandigheden met hoge temperaturen (600 ~ 1000 graden) en onderdelen met hoge temperaturen die langdurig aan extreme complexe spanningen onderhevig zijn, zoals de werkende bladen van vliegtuigmotoren, turbineschijven, hot-end componenten van verbrandingskamers en motoren voor de ruimtevaart. Om onder normale omstandigheden een betere hittebestendigheid te verkrijgen, moeten tijdens de bereiding elementen zoals W, MO, Ti, Al en Co worden toegevoegd om de superieure hittebestendigheid en weerstand tegen vermoeidheid te garanderen.

Afhankelijk van het type legeringsversterking kunnen hogetemperatuurlegeringen worden onderverdeeld in met vaste oplossing versterkte hogetemperatuurlegeringen en door verouderingsprecipitatie versterkte legeringen.

(1) Solide oplossing versterkt type

Het zogenaamde versterkingstype met vaste oplossing is het toevoegen van enkele legeringselementen aan op ijzer, nikkel of kobalt gebaseerde hogetemperatuurlegeringen om een ​​eenfasige austenietstructuur te vormen. De opgeloste atomen vervormen het matrixrooster van de vaste oplossing, waardoor de slipweerstand in de vaste oplossing toeneemt en deze wordt versterkt. Sommige opgeloste atomen kunnen de stapelfoutenergie van het legeringssysteem verminderen, de neiging tot dislocatie-ontleding vergroten, dwarsslip moeilijk maken en de legering versterken om het doel van het versterken van legeringen op hoge temperatuur te bereiken.

(2) Versterking van de verouderende neerslag

De zogenaamde verouderingsprecipitatieversterking is een warmtebehandelingsproces waarbij het gelegeerde werkstuk een behandeling met een vaste oplossing, koude plastische vervorming ondergaat en op een hogere temperatuur of kamertemperatuur wordt geplaatst om de eigenschappen ervan te behouden. Bijvoorbeeld: de GH4169-legering heeft een maximale vloeigrens van 1000 MPa bij 650 graden, en de legeringstemperatuur voor het maken van messen kan 950 graden bereiken.

Verdeeld naar materiaalvormingsmethoden: gegoten hogetemperatuurlegeringen (inclusief gewone gietlegeringen, monokristallijne legeringen, directionele legeringen, enz.), vervormde hogetemperatuurlegeringen en poedermetallurgische hogetemperatuurlegeringen (inclusief gewone poedermetallurgie en oxidedispersie- versterkte legeringen voor hoge temperaturen).

(1) Gieten van legering op hoge temperatuur

Legeringsmaterialen die gietmethoden gebruiken om onderdelen direct voor te bereiden, worden gegoten hogetemperatuurlegeringen genoemd. Afhankelijk van de samenstelling van de legeringsmatrix kan deze worden onderverdeeld in drie typen: superlegering op ijzerbasis, superlegering op nikkelbasis en superlegering op diamantbasis. Volgens de kristallisatiemethode kan het worden onderverdeeld in vier typen: polykristallijn gegoten superlegering, directionele stolling gegoten superlegering, directionele eutectische gegoten superlegering en gegoten superlegering met één kristal.

(2) Vervormde legering op hoge temperatuur

Het is nog steeds het meest gebruikte materiaal in lucht- en ruimtevaartmotoren en wordt veel gebruikt in binnen- en buitenland. De jaarlijkse productie van misvormde superlegeringen in mijn land bedraagt ​​ongeveer 1/8 van die van de Verenigde Staten [2]. Als we de GH4169-legering als voorbeeld nemen, is dit de belangrijkste variant met de meeste toepassingen in binnen- en buitenland. In mijn land worden bouten, compressoren en wielen, en olieslingerpannen van turbo-asmotoren voornamelijk als hoofdonderdelen gebruikt. Naarmate andere legeringsproducten steeds volwassener worden, treedt vervorming op bij hoge temperaturen. Het gebruik van legeringen kan geleidelijk afnemen, maar zal de komende decennia dominant blijven.

(3) Nieuwe legering voor hoge temperaturen

Inclusief poederlegeringen voor hoge temperaturen, intermetaalverbindingen van titanium en aluminium, met oxidedispersie versterkte legeringen voor hoge temperaturen, corrosiebestendige legeringen voor hoge temperaturen, poedermetallurgie en nanomaterialen en andere productsegmenten.

①De legeringsgraad van de derde generatie poedersuperlegeringen is verbeterd, waardoor rekening kan worden gehouden met de voordelen van de eerste twee generaties en een hogere sterkte en minder schade kan worden bereikt. Het productieproces van poedersuperlegeringen wordt steeds volwassener. In de toekomst kan het worden ontwikkeld op basis van de volgende aspecten: poedervoorbereiding, warmtebehandelingsproces, computersimulatietechnologie, poederschijf met dubbele prestaties;

② Intermetaalverbindingen van titanium en aluminium zijn ontwikkeld tot de vierde generatie en breiden zich geleidelijk uit in de twee richtingen van micro-elementen met meerdere elementen en micro-elementen met grote elementen. De Universiteit van Hamburg in Duitsland, de Universiteit van Kyoto in Japan en het GKSS-centrum in Duitsland hebben allemaal uitgebreid onderzoek gedaan naar titanium. Intermetaalverbindingen van aluminium worden nu gebruikt in de scheepsbouw, biomedische sector en sportartikelen;

③Oxidedispersieversterkte superlegeringen maken deel uit van poedersuperlegeringen. Er zijn bijna 20 typen in productie en ontwikkeling. Ze hebben een hoge sterkte bij hoge temperaturen en lage spanningscoëfficiënten en worden veel gebruikt in hittebestendige en anti-oxidatiecomponenten van gasturbines, geavanceerde ruimtevaartmotoren, enz. Petrochemische reactoren, enz.;

④Corrosiebestendige legeringen voor hoge temperaturen worden voornamelijk gebruikt ter vervanging van vuurvaste materialen en hittebestendig staal op het gebied van constructie en ruimtevaart.

NiTi geheugenlegering plaat

Medische Nitinoldraad