سوپر آلیاژ – ابر آلیاژ

سوپر آلیاژ – ابر آلیاژ- فولاد حرارتی چیست؟

سوپر آلیاژ -اَبَر آلیاژ (Superalloy)

سوپر آلیاژ-آلیاژی است که از نظر اکسایش و حفظ استحکام. در مقابل حرارت بیش از یک سوم نقطه ی ذوب خود مقاوم باشد. عنصر اساسی ابر آلیاژها. معمولاً نیکل,آهن یا کبالت است. ابر آلیاژ استحکام زیادی در دماهای بالا دارد. و در برابر خوردگی,خزش و اکسایش مقاوم است. این مقاومت بوسیله ی عنصرهایی بمانند: کروم, آلومینیم ایجاد میگردد. ساختار کریستالی این آلیاژها بطور معمول مکعبی وجه بر FCC است.

کاربرد ابر آلیاژ

بیشترین کاربرد ابر الیاژها در قسمتهای داغ توربین های گاز ((پره های توربین و محفظه احتراق)) میباشد. که دمای گاز در این بخشها به بیش از 1000 درجه سانتیگراد میرسد.

امروزه در بطور گسترده از ابر آلیاژها در صنایع مختلف استفاده میشود. که از جمله آن میتوان به ساخت توربین های گاز در نیروگاهها و موتورهای جت اشاره نمود. جنس این پره ها و قابلیت تحمل آنها در برابر خوردگی و دمای بالا در راندمان نهای توربین گاز مؤثر است . امروزه ابر آلیاژهایی که در پره های توربین گاز مورد استفاده قرار میگیرند. قادر به تحمل دمای 1100 درجه سلسیوس را دارند. حال اگر بتوان ابر آلیاژی ساخت که دمای بیشتری را تحمل نماید. میتواند کاربردهای وسیعتری داشته باشد و آن بسیار ارزشمند و با اهمیت خواهد بود.

گاهاً برای اینکه فقط 20 درجه سانتی گراد این از سقف تحمل حرارتی را بالا ببرند. هزینه های هنگفتی و سنگینی صرف میگردد. ابر آلیاژهایی که در پره های توربین گاز مورد استفاده قرار میگیرند. بطور معمول با اساس نیکل و از پیچیده ترین ترکیبات انواع ابر آلیاژها هستند. کشورهایی که به تکنولوژی ساخت ابر آلیاژها دست می یابند. عملاً اقتصادی استراتژیکی خواهند داشت. یعلت استفاده گسترده از این فناوری در ساخت صنایع نظامی دانش ساخت آن جزء اطلاعات محرمانه است. و برای بدست آوردن چنین دانشی نیاز به سرمایه گذاری سنگینی است.

ساختار شیمیایی ابر آلیاژ

بدلیل استفاده از این آلیاژها در دما بالا,. مقاومت این نوع آلیاژها در برابر تغییر شکل و اکسایش بسیار اهمیت دارد. آلیاژهای با اصاص نیکل در این موارد مصرف شود. ابر آلیاژی که بیشتر از 50 درصد از وزن ان عنصر نیکل باشد. ابر آلیاژ نیکلی نامیده میشود. این آلیاژها میتوانند با افزودن عنصرهای نافلزی و فلزی دیگری چون : کروم,کبالت,مولیبدن,تنگستن,تیتانیوم,آلومینیم,ایتریم,زیرکونیم,وانادیوم,کربن و بور گسترش یابند. هرکدام از این عناصر به منظور تقویب مشخصه خاصی از آلیاژ بکار گرفته میشوند.

مقاومت ابر آلیاژها بستگی به کندی حرکت نابجاییها Dislocation در ساختار کریستالی دارد. بدین منظور در آلیاژهای پایه نیکل جدید به فاز بین فلزی گاماپریم. ‘Y – غالباً به کمک آلومینیم و تیتانیوم ایجاد میگردد. برای بهبود مقاومت در برابر اکسایش آلومینیم, بور,کروم,ایتریم به این آلیاژها اضافه میگردد.

کروم و آلومینیم با ایجاد لایه اکسید از سطح و روی آلیاژ در برابر اکسایش محافظت کرده و ایتریم و بور موجب بخش شدن این لایه در تمام سطح آلیاژ میگردد. با وجود اینکه ابر آلیاژهای با اساس نیکل در دماهای بالا عملکردهای بسیار خوبی دارند . ولی ابرآلیاژهای با اساس کبالت بگونه ایی بالقوه مقاومت بیشتری در برابر حرارت و اکسایش نسبت به ابر آلیاژهای با اساس نیکل دارند.

به همین علت استفاده از این آلیاژها امروزه بصورت چشمگیری افزایش یافته است. اما به علت استحکام کمتر در دماهای پایین نسبت به ابر آلیاژهای با اساس نیکل کماکان استفاده کمتری از آنها میشود. با اهمیت ترین دلیل آن کمبود پیوند فازهای ‘Y است. که نقش انکار ناپذیر و مهمی در استحکام در دمای بالا دارند. در آلیاژ با اساس نیکل یک هم سیمایی Coherency بین دو فاز وجود دارد. که نقش بسیار مهمی در افزایش استحکام در دمای بالا دارد.

تولیدات سوپر آلیاژ که برای کارهایی در دمای بالا و محیط های با خوردندگی بمانند: مناطق تیغه ایی توربین های موتور جت. مورد استفاده قرار می گیرند. بوسیله ی انواع مختلفی از پوششها, پوشش داده میشوند. بطور عمده دو نوع مختلف از روشهای پوشش دهی نمایش داده شده است. فرآیند پک کردن و پوشش دهی فاز گازی هر دو گونه از روش GVD هستند. در اکثر مواد, بعد از انجام مرحله ی پوشش دهدی در نزدیک نواحی سطحی از آلومینا غنی میشود.

زمینه پوشش از نیکل آلومیناید است. ورود یک شیوه ی جدید تحقیقاتی در تهیه ی آلیاژها و سوپر آلیاژهای این چنینی از روش تهیه بوسیله ی فاز ذرات است. این فرآیند یک شیوه ی کلی تهیه نانو ذرات است. با توسعه و گسترش دانستنی هایمان در زمینه ی علم مواد تولید نانو ذرات . مواد توسعه می یابد. آن زمان میتوانیم تحقیقاتمان را در جنبه های تولید سوپر آلیاژهای. بمانند آلیاژهای با اساس نیکل توسعه بدهیم.

سوپر آلیاژها به طور خاص ساختار کریستالی مکعبی مرکز وجوه FCC دارند. عنصرهای آلیاژی پایه برای ابر آلیاژها بطور معمول آهن یا کبالت و نیکل هستند. توسعه ی ابر آلیاژها بطور وسیعی بر دو عامل شیمیایی و فرآیندهای نو آوری بستگی دارد. در ابتدا بوسیله ی صنایع قدرت و فضاپیما مشتق و ساخت شد. کاربردهای خاص در ساخت فضاپیما ها, توربین گاز طبیعی و صنایع ساخت توربینهای دریایی بعنوان مثال برای پره های توربینهای موتورهای جت استفاده میشوند.

• آلیاژ هاست – هسته لوی (Hastealloy)
• آلیاژ اینکونل (Inconel)
• آلیاژ واسپالی (Wast paloy)
• آلیاژ رنه الوی (Rene alloys) مانند (رنه 41 , رنه 80, رنه 95)
• آلیاژ هانیس (Hagnasalloy)
• آلیاژ اینکلوی (Incolog)
• آلیاژ ام پی (T98-MP98t)
• آلیاژ تی ام اس (TMS)
• آلیاژ کریستال (CMSX)