سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل به دسته خاصی از آلیاژهای با کارایی بالا تعلق دارند که با مقدار قابل توجهی نیکل مشخص می شوند. تفاوت بین سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل معمولاً در ترکیب مواد مشهود است که بسته به کاربرد مورد نظر برای تولید خواص خاص سفارشی می شوند.
منحصر به فرد بودن سوپرآلیاژها دروغس در ویژگی های طراحی، به ویژه استحکام مکانیکی، دوام و مقاومت در برابر عوامل متعددی که ممکن است به مواد معمولی آسیب برساند.
خواص سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل
سوپرآلیاژها دارای ساختار مکعبی محور هستند [1] که فلزات از پیش شناسایی شده ای را که برای گنجاندن در مواد طراحی شده اند به هم مرتبط می کنند. ترکیب عناصر فلزی بستگی به خواصی دارد که باید از آلیاژ ظاهر شود.
برخی از رایج ترین خواص سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل عبارتند از:
قدرت استثنایی
محصولات سوپرآلیاژی مبتنی بر نیکل مانند اینکونل 625 مقاومت کششی 690 مگاپاسکال و استحکام تسلیم 275 مگاپاسکال را نشان می دهد. در همین حال، برخی از محصولات دیگر می توانند تا 1125 مگاپاسکال در استحکام تسلیم برسند. این ارقام به طور قابل توجهی بالاتر از الماس یا تیتانیوم است.
مقاومت حرارتی بالا
چیزی که در مورد آلیاژهای مبتنی بر نیکل منحصر به فرد است، مقاومت آنها در برابر دماهای بالا است. در حالی که برخی از مواد هنگام قرار گرفتن در معرض حرارت بالا کاهش مقاومت مکانیکی را تجربه می کنند [2]سوپرآلیاژها دارای یک حفاظت حرارتی ذاتی هستند که یکپارچگی مواد را دست نخورده نگه می دارد.
برخی از سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل بسته به ترکیب آلیاژ می توانند دمای بیش از 1200 درجه سانتیگراد را تحمل کنند.را
رامقاومت در برابر خوردگی
هنگامی که در معرض اکسیداسیون قرار می گیرند، سوپرآلیاژهایی از این نوع به طور طبیعی یک لایه فاز اکسید محافظ روی سطح آلیاژ ایجاد می کنند. در نتیجه، مواد قادر است مقاومت در برابر خوردگی اکسیداتیو [3]. به همین دلیل است که برخی از سوپرآلیاژهای نیکل در صنایعی که نیاز به غوطه ور شدن تجهیزات در آب دریا دارند نیز استفاده می شود.
ماشین کاری
جوش پذیری سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل به طور قابل توجهی بهتر از سایر فلزات و آلیاژها است. این ممکن است به مقاومت بالا در برابر خزش و قدرت تسلیم بالا نسبت داده شود.
نمونه هایی از سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل
در اینجا برخی از سوپرآلیاژهای متداول مبتنی بر نیکل موجود در بازار آورده شده است:
- ریخته گری معمولی: Rene 80، In-713LC
- آلیاژهای تک کریستال: Rene N5، CMSX-10، TMS 138، TMS 173
- سوپرآلیاژهای فرفورژه: اینکونل 718Nimonic 80A
- سوپرآلیاژهای فرآوری شده با پودر: Rene 95، Inconel 100، N18
Inconel یک گروه محبوب از سوپرآلیاژهای Ni-Cr است که به دلیل مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی و همچنین استحکام بالا حتی در معرض دماهای شدید شناخته شده است. برخی از محصولات موجود در این خانواده از سوپرآلیاژها عبارتند از: Inconel 600، Inconel 625، Inconel 690، Inconel X-750.را
راتولید و فرآوری
ترکیب سوپرآلیاژ تا حد زیادی به استفاده هدف از مواد بستگی دارد. سوپرآلیاژهای نیکل ممکن است دارای کمتر از 2 جزء فلزی دیگر یا تا 10 عنصر آلیاژی باشند که تقریباً نیمی از وزن کل آلیاژ را تشکیل می دهند.
هنگامی که با املاح مانند تیتانیوم یا آلومینیوم ذوب می شود، یک ریزساختار تعادلی متشکل از گاما و گاما-پرایم تشکیل می شود. دومی استحکام مشخصه خود را در حضور دمای بالا به سوپرآلیاژ می دهد [2].
سوپرآلیاژها ممکن است به اشکال مختلف مانند پودر، فرفورژه یا ریخته‌گری تولید شوند و شرایط مشابه با سوپرآلیاژهای نیکل است. [1].
سوپرآلیاژهای ریخته گری مبتنی بر نیکل استحکام مواد را از طریق عملیات محلول جامد یا تقویت رسوب جذب می کنند. عناصر رایجی که باعث تقویت محلول جامد می شوند عبارتند از: کروم، کبالت، آهن، مولیبدن، نیوبیم، تانتالم و تنگستن.
عملیات حرارتی استحکام ذاتی سوپرآلیاژ را تقویت می کند. این فرآیند ممکن است از طریق بازپخت محلول بالا، بازپخت با محلول کم و کاهش استرس انجام شود.
راکاربردهای سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل
قطعات موتور
سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل به دلیل مقاومت عالی در برابر حرارت، اجزای عالی برای کاربردهای با سرعت بالا و اصطکاک بالا هستند که گرما تولید می کنند. این ماده راه خود را در ساخت قطعات موتور و لوازم جانبی هواپیما و تجهیزات هوافضا پیدا کرده است.
محفظه های احتراق
انتظار می رود مخازن احتراق دماهای بسیار بالایی را تجربه کنند و در اینجا بهترین استفاده از آلیاژهای مبتنی بر نیکل است.
توربین های بخار
شبیه به تجهیزات احتراق، نیروگاه های توربین بخار به مواد مقاوم در برابر دما مانند سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل نیاز دارند تا سیستم را حفظ و دست نخورده نگه دارند.
برنامه های هسته ای
با ترکیبی از مقاومت در برابر خوردگی و استحکام مواد در مواجهه با گرمای شدید، این نوع سوپرآلیاژ به خوبی در صنعت هسته ای کار می کند. برخی از نیروگاه های هسته ای از سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل برای هسته راکتور، میله کنترل و قطعات مشابه استفاده می کنند.را
را[1] (2000) سوپرآلیاژها. در دیویس، جی آر (ویرایش) راهنمای تخصصی ASM: نیکل، کبالت و آلیاژهای آنها. ASM International.
[2] نووتنیک، A. (2016). سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل ماژول مرجع در علم مواد و مهندسی مواد
[3] بهادشیاHKDH (nd) سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل. دانشگاه کمبریج. برگرفته از: https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2003/Superalloys/superalloys.htmlرا