A hőkezelés egy kulcsfontosságú eljárás a szuperötvözetek számára, és úgy alakították ki, hogy javítsák mechanikai tulajdonságaikat, mint például az erősség, a kúszás ellenállás, a fáradtság tartóssága és a mikroszerkezeti stabilitási stabilitási stabilitás, rendkívül magas hőmérsékleten és magas stresszes körülmények között. A konkrét eljárások az ötvözet összetételétől (nikkel-alapú, kobalt-alapú vagy vas-alapú) és a tervezett alkalmazásuk alapján változnak, de a kulcsfontosságú technikák a következők:
Oldat -lágyítás
Ez a lépés magában foglalja a szuperötvözet magas hőmérsékleten történő melegítését (általában 900–1250 fok, az ötvözettől függően), hogy feloldódjon az intermetalli csapadékok (pl. 'Vagy karbidok), és egyenletes, homogén szilárd oldatot érnek el. A gyors hűtés (vízben, olajban vagy kényszerített levegőben történő kioltás) követi ezt a mikroszerkezetet, megakadályozva, hogy a durva csapadékok a reformálásban. A megoldás lágyításának javítja a rugalmasságot és előkészíti az ötvözetet a későbbi megerősítéshez a csapadékkeményítés révén. Például:
A nikkel-alapú Inconel 718 oldat-beillesztés ~ 980 fokos oldódásra kerül, hogy feloldódjon "(NI₃NB) kicsapódik, biztosítva a túltelített mátrixot.
A kobalt-alapú Haynes 25 oldat-lágyításon megy keresztül ~ 1150 fokon, hogy homogenizálja króm és volfrám eloszlását.
Öregedés (csapadékkeményítés)
A megoldás lágyítását követően az öregedés magában foglalja az ötvözet alacsonyabb hőmérsékleten (600–850 fokos) melegítését hosszabb ideig (órákról napra), hogy elősegítse a finom, egyenletesen eloszlatott intermetalli csapadék képződését. Ezek a csapadékok (pl. '-Ni₃ (Al, Ti) nikkel-alapú ötvözetekben vagy pazar fázisokban egyes kobalt-alapú ötvözetekben) akadályozzák a diszlokáció mozgását, drasztikusan növekvő erőt. Számos szuperfém a többlépcsős öregedést használja az optimális eredmények eléréséhez:
Az Inconel 718 kétlépéses öregedési eljárást alkalmaz: 720 fok 8 órán keresztül (kemence-hűtés 620 fokra) + 620 8 órán át, léghűtéses, sűrű "csapadék képződése.
A René 95, egy nagy szilárdságú nikkel-alapú ötvözet, 870 fokos, 1 órás + 650 fokon 24 órán át, hogy kiegyensúlyozza az erőt és a kúszás ellenállását.
Forró izosztatikus sajtó (csípő)
A csípő kombinálja a magas hőmérsékletet (legfeljebb 1200 fokig) és a magas nyomás (100–200 MPa) egy inert gázban (pl. Argon) a belső porozitás, a zsugorodó üregek és a mikroszerkezetek homogenizálásának kiküszöbölése érdekében. Különösen kritikus az öntött vagy por-metallurgia szuperfémek, például a CMSX-4 (egykristályos nikkel-alapú ötvözet) esetében, javítva a fáradtság élettartamát és csökkentve a hibával kapcsolatos hibákat a turbinapengékben.
Stressz -enyhítés lágyítás
A megmunkálás, hegesztés vagy kialakítás után elvégzett folyamat az ötvözet 500–800 fokra melegíti a maradék feszültségek enyhítését az elsődleges mikroszerkezet megváltoztatása nélkül. Megakadályozza a kiszállást a szolgálat során, elengedhetetlen az olyan alkatrészekhez, mint a rakéta fúvókák vagy a nukleáris reaktor alkatrészek.
Gabonaméret optimalizálása
A hőkezelések szabályozhatják a gabona méretét a tulajdonságok kiegyensúlyozása érdekében: A finom szemcsék javítják az alacsony hőmérsékletű szakítószilárdságot, míg a durvabb szemcsék javítják a kúszási ellenállást magas hőmérsékleten. Például:
A turbina lemezek (nagy forgási stressznek kitéve) finom szemcsés szuperfémeket (pl. Udimet 720) használnak szabályozott hűtés során az izzítás során.
A turbina pengék (szélsőséges hőnek kitéve) gyakran durva szemcsés vagy egykristályos szuperötvözeteket (pl. PWA 1480) használnak a kúszás ellenállás maximalizálása érdekében.
A "legerősebb" szuperötvözet meghatározása összetett, mivel az erő a kontextustól függ: a hőmérséklet, a stressz típus (szakító, kúszó, fáradtság) és a környezeti feltételek (korrózió, oxidáció) mindegyike szerepet játszik. Számos szuper-
GRX-810
A NASA, a GRX-810 által kifejlesztett 3D-s nyomtatott nikkel-alapú szuperfém rendkívüli erőt és tartósságot mutat. Kétszer olyan erős, mint a legmodernebb 3D-s nyomtatott szuperfémek (pl. Inconel 718) magas hőmérsékleten (~ 1093 fok), és több mint 1000-szer ellenállnak a kúszónak (lassú deformáció állandó stressz alatt). Erőssége a nanoméretű csapadékok és oxidok egyedi mikroszerkezetéből fakad, így ideális a hiperszonikus járművek és a rakétamotorok számára.
René 95
A René 95-ben széles körben használt nikkel-alapú szuper- Erőssége a sűrű „csapadékok hálózatából származik, így a nagy stresszes alkatrészek, például a turbina lemezek kiemelkedő választása.
Ötvözet 718plus
Az Inconel 718, 718plus fejlett verziója helyettesíti a "stabilabb fázisokkal, amelyek magasabb hőmérsékleten (legfeljebb 700 fokig) növelik az erőt. Ez fenntartja az 1300 MPa-t meghaladó szakítószilárdságokat, miközben javítja a kúszás ellenállást, amely alkalmas a következő generációs gázturbinálókhoz.
Kobalt-alapú ötvözetek (pl. Haynes 188)
Noha általában kevésbé erős, mint a nikkel-alapú ötvözetek szobahőmérsékleten, a kobalt-alapú szuperötvözetek, mint például a Haynes 188 Excel, magas hőmérsékleten és oxidációs ellenállásban (legfeljebb 1100 fokig). Erősségük a volfrám és a króm szilárd oldat-erősítéséből származik, így kritikussá válik a sugárhajtású motor égési kamrái szempontjából.
GRX-810gyakran a magas hőmérsékleti szilárdság és a kúszó ellenállás szempontjából a legerősebbnek nevezik, míg a René 95 és a 718plus dominál a szobahőmérsékleten és a közepes magas hőmérsékleten. A "legerősebb" címke végül a szükséges teljesítménykritériumoktól függ.
