Yuqori haroratli qotishma nima

Yuqori haroratli qotishmalar uch turdagi materiallarga bo'linadi: 760 daraja yuqori haroratli materiallar, 1200 daraja yuqori haroratli materiallar va 1500 daraja yuqori haroratli materiallar, 800MPa kuchlanish kuchiga ega. Boshqacha qilib aytganda, bu uzoq vaqt davomida 760--1500 darajadan yuqori haroratlarda va muayyan sharoitlarda ishlaydigan yuqori haroratli metall materiallarga tegishli. Ular mukammal yuqori haroratga chidamlilik, oksidlanish va issiq korroziyaga yaxshi qarshilik, yaxshi charchoq ko'rsatkichlari, sinish chidamliligi va boshqa keng qamrovli xususiyatlarga ega. Bu harbiy va fuqarolik gaz turbinali dvigatellarining issiq qismlari uchun almashtirib bo'lmaydigan asosiy materialga aylandi.

Yuqori haroratli asosiy qotishmalar turbinalar, pichoqlar, turbinalar disklari, yuqori bosimli gaz turbinali disklari va aviatsiya, dengiz va sanoat gaz turbinalari uchun yonish kameralari kabi yuqori haroratli komponentlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ular, shuningdek, aerokosmik transport vositalari, raketa dvigatellari, yadro reaktorlari, neft-kimyo uskunalari va ko'mir ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. konversiya va boshqa energiya konvertatsiya qilish qurilmalari.

1930-yillarning oxiridan boshlab Angliya, Germaniya, AQSh va boshqa mamlakatlar yuqori haroratli qotishmalarni o'rganishni boshladilar. Ikkinchi jahon urushi davrida yangi aerokosmik dvigatellarning ehtiyojlarini qondirish uchun yuqori haroratli qotishmalarni tadqiq qilish va ulardan foydalanish kuchli rivojlanish davriga kirdi. 1940-yillarning boshlarida Birlashgan Qirollik birinchi marta 80Ni-20Cr qotishmasiga oz miqdorda alyuminiy va titanni qoʻshib, mustahkamlash fazasini hosil qildi va yuqori haroratga chidamliligiga ega boʻlgan birinchi nikel asosidagi qotishmani ishlab chiqdi. Xuddi shu davrda, pistonli samolyotlar uchun turbokompressorlarni ishlab chiqish ehtiyojlarini qondirish uchun Qo'shma Shtatlar pichoqlarni tayyorlash uchun Vitallium kobalt qotishmalaridan foydalanishni boshladi.

Bundan tashqari, Qo'shma Shtatlar reaktiv dvigatellarning yonish kamerasini yaratish uchun Inconel nikel asosidagi qotishmasini ham ishlab chiqdi. Keyinchalik, qotishmaning yuqori haroratga chidamliligini yanada yaxshilash uchun metallurglar nikel asosidagi qotishmaga volfram, molibden, kobalt va boshqa elementlarni qo'shdilar, alyuminiy va titan miqdorini oshirdilar va bir qator qotishma markalarini ishlab chiqdilar, masalan. ingliz "Nimonic", amerikalik "Mar-M" va "IN" va boshqalar; kobalt asosidagi qotishmalarda nikel va volfram kabi elementlar X-45, HA-188, FSX-414 va boshqalar kabi yuqori haroratli qotishmalarni ishlab chiqarish uchun qo'shiladi. kobalt resurslarining etishmasligi tufayli kobalt asosidagi super qotishmalarni ishlab chiqish cheklangan.

1940-yillarda temir asosidagi super qotishmalar ham ishlab chiqilgan. 1950-yillarda A-286 va Incoloy901 kabi brendlar paydo boʻldi. Biroq, yuqori harorat barqarorligi pastligi sababli, 1960-yillardan boshlab rivojlanish sekinlashdi. Sovet Ittifoqi 1950 yilda "EI" markali nikel asosidagi super qotishmalarni ishlab chiqara boshladi va keyinchalik "EP" seriyali deformatsiyalangan super qotishmalar va JS seriyali quyma super qotishmalar ishlab chiqarildi. Xitoy 1956 yilda yuqori haroratli qotishmalarni sinovdan o'tkazishni boshladi va asta-sekin deformatsiyalangan super qotishmalarning "GH" seriyasini va quyma super qotishmalarning "K" seriyasini shakllantirdi. 1970-yillarda Qo'shma Shtatlar yo'nalishli kristallangan pichoqlar va chang metallurgiya turbinali disklarini ishlab chiqarish uchun yangi ishlab chiqarish jarayonlaridan ham foydalandi va samolyot dvigatelining turbinasi kirish haroratining ortib borayotgan ehtiyojlarini qondirish uchun bitta kristalli pichoqlar kabi yuqori haroratli qotishma komponentlarni ishlab chiqdi.

Hozirgacha barcha mamlakatlar yangi yuqori haroratli qotishmalarni tadqiq qilmoqdalar, doimiy yutuqlar, innovatsiyalar va qo'llash sohalarini kengaytirmoqdalar. Zamonaviy sanoatni rivojlantirishda ular shubhasiz ajralmas qotishma materialga aylandi.

(1) Temirga asoslangan yuqori haroratli qotishma

Temir asosidagi yuqori haroratli qotishmalarni issiqlikka chidamli qotishma po'latlar deb ham atash mumkin. Uning matritsasi Fe elementi bo'lib, oz miqdorda Ni, Cr va boshqa qotishma elementlar qo'shiladi. Issiqlikka chidamli qotishma po'latni normalizatsiya qilish talablariga ko'ra martensit, ostenit, pearlit, ferrit issiqlikka chidamli po'lat va boshqalarga bo'linishi mumkin.

(2) Nikel asosidagi yuqori haroratli qotishma

Nikelga asoslangan yuqori haroratli qotishmalar nikelning yarmidan ko'pini o'z ichiga oladi va 1000 darajadan yuqori ish sharoitlari uchun javob beradi. Qattiq eritma va qarish jarayonini qo'llash orqali o'rmalanish qarshiligi va siqilish rentabelligi sezilarli darajada yaxshilanishi mumkin. Hozirgi vaqtda yuqori haroratli muhitda ishlatiladigan super qotishmalarni tahlil qilish asosida nikel asosidagi super qotishmalardan foydalanish ko'lami temir va kobalt asosidagi super qotishmalardan ancha yuqori. Shu bilan birga, nikel asosidagi yuqori haroratli qotishma ham mening mamlakatimda eng katta ishlab chiqarish va eng ko'p foydalanishga ega yuqori haroratli qotishma hisoblanadi. Ko'pgina turbinali dvigatel turbinasi pichoqlari va yonish kameralari, hatto turbokompressorlar ham nikel asosidagi qotishmalarni tayyorlash materiallari sifatida ishlatadilar. Yarim asrdan ko'proq vaqt davomida aerokosmik dvigatellarda ishlatiladigan yuqori haroratli materiallarning yuqori haroratli qobiliyatlari 1940-yillarning oxiridagi 750 darajadan 1990-yillarning oxirida 1200 darajaga ko'tarildi. Aytish kerakki, bu ulkan yaxshilanish quyma jarayonlari, sirt qoplamalari va boshqalarni yaxshilashga ham turtki bo'ldi. Tez rivojlanish.

(3) Kobalt asosidagi yuqori haroratli qotishma

Kobaltga asoslangan yuqori haroratli qotishmalar matritsa sifatida kobaltdan foydalanadi va kobalt miqdori taxminan 60% ni tashkil qiladi. Shu bilan birga, yuqori haroratli qotishmaning issiqlikka chidamliligini yaxshilash uchun Cr va Ni kabi elementlarni qo'shish kerak. Ushbu yuqori haroratli qotishma issiqlikka chidamliligi yaxshiroq bo'lsa-da, turli mamlakatlar tufayli kobalt resurslarining chiqishi nisbatan kichik va qayta ishlash qiyin, shuning uchun miqdori katta emas. Odatda yuqori haroratli sharoitlarda (600 ~ 1000 daraja) va uzoq vaqt davomida o'ta murakkab stressga duchor bo'lgan yuqori haroratli qismlarda, masalan, aerodinamiklarning ishchi pichoqlari, turbinali disklar, yonish kameralarining issiq qismlari va boshqalarda qo'llaniladi. aerokosmik dvigatellar. Yaxshiroq issiqlikka chidamliligini olish uchun normal sharoitda W, MO, Ti, Al va Co kabi elementlarni tayyorlash vaqtida uning yuqori issiqlikka chidamliligi va charchoqqa chidamliligini ta'minlash uchun qo'shilishi kerak.

Qotishmalarni mustahkamlash turiga ko'ra, yuqori haroratli qotishmalar qattiq eritma bilan mustahkamlangan yuqori haroratli qotishmalarga va yosh yog'ingarchilik bilan mustahkamlangan qotishmalarga bo'linishi mumkin.

(1) Qattiq eritmaning mustahkamlangan turi

Qattiq eritmaning mustahkamlovchi turi deb ataladigan narsa temir, nikel yoki kobalt asosidagi yuqori haroratli qotishmalarga bir fazali ostenit strukturasini yaratish uchun ba'zi qotishma elementlarni qo'shishdir. Erituvchi atomlar qattiq eritma matritsasi panjarasini buzadi, bu esa qattiq eritmada sirpanish qarshiligini oshiradi va uni mustahkamlaydi. Ba'zi erigan atomlar qotishma tizimining stacking yoriq energiyasini kamaytirishi, dislokatsiyaning parchalanish tendentsiyasini oshirishi, o'zaro siljishni qiyinlashtirishi va yuqori haroratli qotishmalarni mustahkamlash maqsadiga erishish uchun qotishmani kuchaytirishi mumkin.

(2) Qarish yog'ingarchiliklarini kuchaytirish

Yosh yog'ingarchilikni kuchaytirish deb ataladigan issiqlik bilan ishlov berish jarayoni bo'lib, unda qotishma ish qismi qattiq eritma bilan ishlov berish, sovuq plastik deformatsiyaga uchraydi va uning xususiyatlarini saqlab qolish uchun yuqori harorat yoki xona haroratiga joylashtiriladi. Masalan: GH4169 qotishmasi 650 daraja haroratda 1000MPa maksimal rentabellikga ega va pichoqlarni tayyorlash uchun qotishma harorati 950 darajaga yetishi mumkin.

Materialni shakllantirish usullari bo'yicha: quyma yuqori haroratli qotishmalar (shu jumladan oddiy quyma qotishmalar, monokristalli qotishmalar, yo'nalishli qotishmalar va boshqalar), deformatsiyalangan yuqori haroratli qotishmalar va chang metallurgiya uchun yuqori haroratli qotishmalar (shu jumladan oddiy chang metallurgiyasi va oksid dispersiyasi). mustahkamlangan yuqori haroratli qotishmalar).

(1) Yuqori haroratli qotishma quyish

To'g'ridan-to'g'ri qismlarni tayyorlash uchun quyish usullaridan foydalanadigan qotishma materiallar quyma yuqori haroratli qotishmalar deb ataladi. Qotishma matritsasining tarkibiga ko'ra, uni uch turga bo'lish mumkin: temir asosli quyma super qotishma, nikel asosidagi quyma super qotishma va olmos asosidagi quyma super qotishma. Kristallanish usuliga ko'ra, uni to'rt turga bo'lish mumkin: polikristalli quyma super qotishma, yo'nalishli qotishma quyma super qotishma, yo'nalishli evtektik quyma super qotishma va bitta kristalli quyma super qotishma.

(2) Deformatsiyalangan yuqori haroratli qotishma

Bu hali ham aerokosmik dvigatellarda eng ko'p ishlatiladigan material bo'lib, uyda va chet elda keng qo'llaniladi. Mening mamlakatim deformatsiyalangan super qotishmalarning yillik ishlab chiqarishi Qo'shma Shtatlar ishlab chiqarishining 1/8 qismini tashkil qiladi [2]. Misol tariqasida GH4169 qotishmasini oladigan bo'lsak, u uyda va chet elda eng ko'p qo'llaniladigan asosiy nav hisoblanadi. Mening mamlakatimda turboshaft dvigatellarining murvatlari, kompressorlari va g'ildiraklari, moyli sling idishlari asosan asosiy qismlar sifatida ishlatiladi. Boshqa qotishma mahsulotlari tobora etuk bo'lganda, deformatsiya yuqori haroratlarda sodir bo'ladi. Qotishmalardan foydalanish asta-sekin kamayishi mumkin, ammo kelgusi o'n yilliklarda dominant bo'lib qoladi.

(3) Yangi yuqori haroratli qotishma

Jumladan, chang yuqori haroratli qotishmalar, titanium-alyuminiy intermetalik birikmalar, oksid dispersiyasi bilan mustahkamlangan yuqori haroratli qotishmalar, korroziyaga chidamli yuqori haroratli qotishmalar, chang metallurgiya va nanomateriallar va boshqa mahsulot segmentlari.

①Uchinchi avlod kukunli super qotishmalarning qotishma darajasi yaxshilandi, bu birinchi ikki avlodning afzalliklarini hisobga olish va yuqori quvvat va kamroq shikastlanishga erishish imkonini beradi. Kukunli super qotishmalarni ishlab chiqarish jarayoni tobora etuklashib bormoqda. Kelajakda u quyidagi jihatlar bo'yicha ishlab chiqilishi mumkin: Chang tayyorlash, issiqlik bilan ishlov berish jarayoni, kompyuter simulyatsiyasi texnologiyasi, ikki tomonlama samarali kukunli disk;

②Titanium-alyuminiy intermetalik birikmalar to'rtinchi avlodga qadar ishlab chiqilgan va asta-sekin ko'p elementli mikroelementli va katta elementli mikroelementlarning ikki yo'nalishi bo'yicha kengaymoqda. Germaniyaning Gamburg universiteti, Yaponiyaning Kioto universiteti va Germaniyaning GKSS markazi titan bo'yicha keng qamrovli tadqiqotlar o'tkazdi. Alyuminiy intermetalik birikmalar endi kemasozlik, biotibbiyot va sport tovarlari sohalarida qo'llaniladi;

③Oksid dispersiyasi bilan mustahkamlangan super qotishmalar kukunli super qotishmalarning bir qismidir. Ishlab chiqarish va ishlab chiqishda 20 ga yaqin turlari mavjud. Ular yuqori haroratga chidamliligi va past kuchlanish koeffitsientlariga ega va gaz turbinalari, ilg'or aerokosmik dvigatellarning issiqlikka chidamli va oksidlanishga qarshi komponentlarida keng qo'llaniladi. Neft-kimyo reaktori va boshqalar;

④Korozyonga chidamli yuqori haroratli qotishmalar asosan qurilish va aerokosmik sohalarda o'tga chidamli materiallar va issiqlikka bardoshli po'latni almashtirish uchun ishlatiladi.

NiTi xotira qotishma plitasi

Tibbiy nitinol simi