Kaj je visokotemperaturna zlitina

Visokotemperaturne zlitine so razdeljene na tri vrste materialov: visokotemperaturni materiali 760 stopinj, visokotemperaturni materiali 1200 stopinj in visokotemperaturni materiali 1500 stopinj, z natezno trdnostjo 800 MPa. Z drugimi besedami, nanaša se na visokotemperaturne kovinske materiale, ki delujejo dolgo časa pri temperaturah nad 760--1500 stopinj in pod določenimi pogoji. Imajo odlično visokotemperaturno trdnost, dobro odpornost na oksidacijo in vročo korozijo, dobro odpornost proti utrujenosti, lomno žilavost in druge celovite lastnosti. Postal je nenadomestljiv ključni material za vroče komponente vojaških in civilnih plinskoturbinskih motorjev.

Visokotemperaturne glavne zlitine se uporabljajo za izdelavo visokotemperaturnih komponent, kot so turbinske lopatice, lopatice, turbinski diski, visokotlačni plinski turbinski diski in zgorevalne komore za letalske, pomorske in industrijske plinske turbine. Uporabljajo se tudi za proizvodnjo vesoljskih vozil, raketnih motorjev, jedrskih reaktorjev, petrokemične opreme in premoga. pretvorbo in druge naprave za pretvorbo energije.

Od poznih tridesetih let prejšnjega stoletja so Velika Britanija, Nemčija, ZDA in druge države začele preučevati visokotemperaturne zlitine. Med drugo svetovno vojno so raziskave in uporaba visokotemperaturnih zlitin vstopile v obdobje močnega razvoja, da bi zadovoljili potrebe novih vesoljskih motorjev. V zgodnjih štiridesetih letih 20. stoletja je Združeno kraljestvo zlitini 80Ni-20Cr najprej dodalo majhno količino aluminija in titana, da je nastala faza za ojačitev, in razvilo prvo zlitino na osnovi niklja z visoko visokotemperaturno trdnostjo. V istem obdobju so Združene države začele uporabljati zlitine na osnovi kobalta Vitallium za izdelavo lopatic, da bi zadostile potrebam razvoja turbopolnilnikov za batne letalske motorje.

Poleg tega so Združene države razvile tudi zlitino Inconel na osnovi niklja za izdelavo zgorevalne komore reaktivnih motorjev. Kasneje, da bi še izboljšali visokotemperaturno trdnost zlitine, so metalurgi zlitini na osnovi niklja dodali volfram, molibden, kobalt in druge elemente, povečali vsebnost aluminija in titana ter razvili vrsto blagovnih znamk zlitin, kot je npr. britanski "Nimonic", ameriški "Mar-M" in "IN" itd.; zlitinam na osnovi kobalta dodamo elemente, kot sta nikelj in volfram, da razvijemo različne visokotemperaturne zlitine, kot so X-45, HA-188, FSX-414 itd. Zaradi zaradi pomanjkanja virov kobalta je razvoj superzlitin na osnovi kobalta omejen.

V štiridesetih letih prejšnjega stoletja so razvili tudi superzlitine na osnovi železa. V petdesetih letih prejšnjega stoletja so se pojavile znamke, kot sta A-286 in Incoloy901. Vendar pa je zaradi slabe visokotemperaturne stabilnosti razvoj počasen od šestdesetih let prejšnjega stoletja. Sovjetska zveza je okoli leta 1950 začela proizvajati superzlitine na osnovi niklja blagovne znamke "ЭИ", kasneje pa je proizvajala deformirane superzlitine serije "ЭП" in lite superzlitine serije ŽS. Kitajska je leta 1956 začela s poskusno proizvodnjo visokotemperaturnih zlitin in postopoma oblikovala serijo "GH" deformiranih superzlitin in serijo "K" litih superzlitin. V sedemdesetih letih 20. stoletja so ZDA uporabile tudi nove proizvodne postopke za izdelavo usmerjenih kristaliziranih lopatic in turbinskih diskov praškaste metalurgije ter razvile komponente iz visokotemperaturnih zlitin, kot so enokristalne lopatice, da bi zadovoljile naraščajoče potrebe po vstopnih temperaturah turbin letalskih motorjev.

Doslej vse države raziskujejo nove visokotemperaturne zlitine, ustvarjajo nenehne preboje, inovacije in širijo področja uporabe. V razvoju sodobne industrije so očitno postale nepogrešljiv legirni material.

(1) Visokotemperaturna zlitina na osnovi železa

Visokotemperaturne zlitine na osnovi železa lahko imenujemo tudi toplotno odporna legirana jekla. Njegova matrika je element Fe z majhno količino dodanih Ni, Cr in drugih legirnih elementov. Toplotno odporno legirano jeklo lahko razdelimo na martenzitno, avstenitno, perlitno, feritno toplotno odporno jeklo itd. Glede na zahteve za normalizacijo.

(2) Visokotemperaturna zlitina na osnovi niklja

Visokotemperaturne zlitine na osnovi niklja vsebujejo več kot polovico niklja in so primerne za delovne pogoje nad 1000 stopinj. Z uporabo trdne raztopine in obdelave s staranjem je mogoče močno izboljšati odpornost proti lezenju in tlačno mejo tečenja. Trenutno na podlagi analize superzlitin, ki se uporabljajo v visokotemperaturnih okoljih, obseg uporabe superzlitin na osnovi niklja daleč presega uporabo superzlitin na osnovi železa in kobalta. Hkrati je visokotemperaturna zlitina na osnovi niklja tudi visokotemperaturna zlitina z največjo proizvodnjo in največjo uporabo v moji državi. Številne turbinske lopatice in zgorevalne komore turbinskih motorjev ter celo turbopolnilniki prav tako uporabljajo zlitine na osnovi niklja kot materiale za pripravo. V več kot pol stoletja so se visokotemperaturne zmogljivosti visokotemperaturnih materialov, ki se uporabljajo v letalskih motorjih, povečale s 750 stopinj v poznih 1940-ih na 1200 stopinj v poznih 1990-ih. Povedati je treba, da je ta velik napredek spodbudil tudi izboljšave v postopkih litja, površinskih premazih itd. Hiter razvoj.

(3) Visokotemperaturna zlitina na osnovi kobalta

Visokotemperaturne zlitine na osnovi kobalta uporabljajo kobalt kot matrico, vsebnost kobalta pa znaša približno 60 %. Hkrati je treba dodati elemente, kot sta Cr in Ni, da izboljšamo toplotno odpornost visokotemperaturne zlitine. Čeprav ima ta visokotemperaturna zlitina boljšo toplotno odpornost, je zaradi različnih držav proizvodnja virov kobalta razmeroma majhna in predelava težka, zato količina ni velika. Običajno se uporablja pri visokotemperaturnih pogojih (600 ~ 1000 stopinj) in visokotemperaturnih delih, ki so dolgo časa izpostavljeni ekstremnim kompleksnim obremenitvam, kot so delovne lopatice letalskih motorjev, turbinski diski, komponente vročega konca zgorevalnih komor in vesoljski motorji. Da bi dosegli boljšo toplotno odpornost, je treba v normalnih pogojih med pripravo dodati elemente, kot so W, MO, Ti, Al in Co, da zagotovimo vrhunsko toplotno odpornost in odpornost proti utrujenosti.

Glede na vrsto ojačitve zlitine lahko zlitine pri visokih temperaturah razdelimo na zlitine, utrjene s trdno raztopino pri visokih temperaturah, in zlitine, utrjene s staranjem.

(1) Tip, ojačan s trdno raztopino

Tako imenovana vrsta utrjevanja s trdno raztopino je dodajanje nekaterih legirnih elementov visokotemperaturnim zlitinam na osnovi železa, niklja ali kobalta, da se tvori enofazna avstenitna struktura. Atomi topljenca popačijo matrično mrežo trdne raztopine, kar poveča odpornost proti zdrsu v trdni raztopini in jo okrepi. Nekateri atomi topljenca lahko zmanjšajo energijo napake zlaganja sistema zlitin, povečajo nagnjenost k razgradnji dislokacij, otežijo navzkrižni zdrs in okrepijo zlitino, da dosežejo namen krepitve visokotemperaturnih zlitin.

(2) Krepitev padavin zaradi staranja

Tako imenovano utrjevanje s staranjem je postopek toplotne obdelave, pri katerem je obdelovanec iz zlitine obdelan s trdno raztopino, hladno plastično deformacijo in je postavljen pri višji temperaturi ali sobni temperaturi, da ohrani svoje lastnosti. Na primer: zlitina GH4169 ima največjo mejo tečenja 1000 MPa pri 650 stopinjah, temperatura zlitine za izdelavo rezil pa lahko doseže 950 stopinj.

Razdeljeno po metodah oblikovanja materiala: ulite visokotemperaturne zlitine (vključno z navadnimi zlitinami za ulivanje, monokristalnimi zlitinami, usmerjenimi zlitinami itd.), deformirane visokotemperaturne zlitine in visokotemperaturne zlitine praškaste metalurgije (vključno z navadno praškasto metalurgijo in oksidno disperzijo- ojačene visokotemperaturne zlitine).

(1) Ulivanje visokotemperaturne zlitine

Zlitine, ki uporabljajo metode litja za neposredno pripravo delov, se imenujejo ulite visokotemperaturne zlitine. Glede na sestavo matrice zlitine jo lahko razdelimo na tri vrste: superzlitina za litje na osnovi železa, superzlitina za litje na osnovi niklja in superzlitina za litje na osnovi diamanta. Glede na metodo kristalizacije ga lahko razdelimo na štiri vrste: polikristalno lito superzlitino, usmerjeno strjevalno lito superzlitino, usmerjeno evtektično lito superzlitino in monokristalno lito superzlitino.

(2) Deformirana visokotemperaturna zlitina

Še vedno je najpogosteje uporabljen material v letalskih motorjih in se pogosto uporablja doma in v tujini. letna proizvodnja deformiranih superzlitin v moji državi je približno 1/8 proizvodnje Združenih držav [2]. Če vzamemo za primer zlitino GH4169, je to glavna sorta z največ aplikacijami doma in v tujini. V moji državi se kot glavni deli uporabljajo predvsem vijaki, kompresorji in kolesa ter posode za olje turbogrednih motorjev. Ker drugi izdelki iz zlitin postajajo vse bolj zreli, pride do deformacije pri visokih temperaturah. Uporaba zlitin se lahko postopoma zmanjša, vendar bo v prihodnjih desetletjih ostala prevladujoča.

(3) Nova visokotemperaturna zlitina

Vključno z visokotemperaturnimi zlitinami v prahu, intermetalnimi spojinami titan-aluminij, visokotemperaturnimi zlitinami, utrjenimi z oksidno disperzijo, visokotemperaturnimi zlitinami, odpornimi proti koroziji, prašno metalurgijo in nanomateriali ter drugimi segmenti izdelkov.

①Stopnja legiranja tretje generacije praškastih superzlitin je bila izboljšana, kar omogoča upoštevanje prednosti prvih dveh generacij ter doseganje večje trdnosti in manjše poškodbe. Proizvodni proces praškastih superzlitin postaja vse bolj zrel. V prihodnosti se lahko razvije iz naslednjih vidikov: priprava prahu, postopek toplotne obdelave, tehnologija računalniške simulacije, disk za prah z dvojno zmogljivostjo;

②Titan-aluminijeve intermetalne spojine so bile razvite do četrte generacije in se postopoma širijo v dve smeri mikroelementov z več elementi in mikroelementov z velikimi elementi. Univerza v Hamburgu v Nemčiji, Univerza v Kjotu na Japonskem in Center GKSS v Nemčiji so izvedle obsežne raziskave o titanu. Aluminijeve intermetalne spojine se zdaj uporabljajo v ladjedelništvu, biomedicini in na področju športne opreme;

③Oksidno disperzijsko utrjene superzlitine so del praškastih superzlitin. V proizvodnji in razvoju je skoraj 20 vrst. Imajo visoko visokotemperaturno trdnost in nizke napetostne koeficiente ter se pogosto uporabljajo v toplotno odpornih in protioksidacijskih komponentah plinskih turbin, naprednih vesoljskih motorjev itd. Petrokemični reaktor itd.;

④Korozijsko odporne visokotemperaturne zlitine se v glavnem uporabljajo za zamenjavo ognjevarnih materialov in toplotno odpornega jekla na področju gradbeništva in vesoljske industrije.

NiTi plošča iz spominske zlitine

Medicinska nitinolna žica