ما هي سبيكة درجات الحرارة العالية تتزايد？

المهرجانات ذات السبل ذات درجة حرارة عالية هي سبائك مصممة لمقاومة درجات الحرارة العالية ، وعادة ما تكون أعلى من 540 درجة مئوية. يوفر اختيار هذه السبائك مقاومة لدرجات الحرارة التي من شأنها أن تتحلل عادة المواد القياسية ، مما يتيح استخدامها في تطبيقات درجات الحرارة العالية ، مثل توربينات الغاز الصناعية أو التوربينات البخارية أو محركات الطائرات أو المفاعلات النووية. تُعرف هذه السبائك أيضًا باسم Superalloys أو سبائك عالية الأداء ، وتتميز بخصائص ميكانيكية ممتازة في درجات حرارة عالية ، ومقاومة جيدة للإرهاق ، ومقاومة جيدة للتآكل.

التكوين والخصائص

تتألف المهروبات من سبائك درجات الحرارة العالية من النيكل أو الحديد أو الكوبالت ، مع إضافة عناصر سبائك أخرى ، مثل الكروم والألمنيوم والتيتانيوم والموليبدينوم. يتم تصنيف هذه السبائك إلى ثلاث فئات رئيسية ، بناءً على تكوينها:

السبائك القائمة على النيكل: إنها السبائك الأكثر استخدامًا على نطاق واسع ، ويمكن تقسيمها إلى خمس فئات فرعية: أوستنيتي ، مصممة هطول الأمطار ، مصبوب ، مسحوق المعادن ، وتقليص تشتت الأكسيد (ODS).

السبائك القائمة على الحديد: تُعرف أيضًا باسم السبائك المستندة إلى Fe ، وتستخدم بشكل أساسي في تطبيقات درجات الحرارة العالية حيث تكون التكلفة عاملاً مهمًا. وهي تتألف من الحديد والكروم والألومنيوم ، مع كميات صغيرة من العناصر الأخرى.

السبائك المستندة إلى الكوبالت: لديهم قوة ممتازة وتآكل في درجات حرارة عالية ، مما يجعلها مثالية للاستخدام في شفرات التوربينات الغازية والتطبيقات الأخرى عالية الإجهاد. وهي تتألف من الكوبالت والكروم وتنغستن ، مع كميات صغيرة من العناصر الأخرى.

تعتمد خصائص الممارسات على سبائك درجات الحرارة العالية على تكوينها ومعالجة تاريخها. بشكل عام ، تمتلك هذه السبائك قوة ممتازة ، ليونة ، ومقاومة زحف في درجات حرارة عالية ، مع مقاومة التعب الجيدة ومقاومة الأكسدة. يمكن أن تظهر أيضًا حساسية عالية معدل الإجهاد ، والتي يمكن أن تؤثر على سلوكها في ظل ظروف التحميل الديناميكية.

تقنيات المعالجة

ينطوي إنتاج مخفوفات سبيكة درجات الحرارة العالية على العديد من تقنيات المعالجة ، بما في ذلك الذوبان ، والصب ، والتزوير ، والمعالجة الحرارية. فيما يلي التقنيات الشائعة المستخدمة:

الذوبان: عادة ما يتم إنتاج المطروق من سبائك السبل ذات درجة حرارة عالية عن طريق إعادة ذوبان قوس الفراغ (VAR) ، أو ذوبان شعاع الإلكترون (EBM) ، أو ذوبان قوس البلازما (PAM) ، وكلها تنطوي على ذوبان السبائك في جو الفراغ أو الغاز الخامل لضمان ارتفاع نقاء.

الصب: يمكن إلقاء السبائك في أشكال معقدة باستخدام عملية الصب الاستثمارية أو عمليات صب الرمال. يستخدم صب الاستثمار نمط الشمع المطلي بقذيفة خزفية ، ثم يتم ذوبانها واستبدالها بسبائك المنصهرة. يستخدم صب الرمال قالبًا مصنوعًا من الرمال لإنشاء الشكل المطلوب.

التزوير: الطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاج مخفوفات السبائك عالية الحرارة هي من خلال التزوير الساخن ، والتي تتضمن تشكيل السبائك في درجات حرارة أعلى من درجة حرارة إعادة التبلور. يمكن أن تكون عملية التزوير مفتوحة للموت ، أو تموت مغلق ، أو تزوير لفة ، اعتمادًا على الشكل والحجم المطلوب.

المعالجة الحرارية: بعد التزوير ، يجب معالجة السبائك بحرارة لتحسين خصائصها. تتضمن هذه العملية تسخين السبائك إلى درجة حرارة محددة والاحتفاظ بها لفترة زمنية معينة ، تليها التبريد بمعدل يتم التحكم فيه. يمكن أن تختلف عملية معالجة الحرارة حسب السبائك والخصائص المطلوبة.

التطبيقات

تُستخدم الممارسات الممتدة من سبائك درجات الحرارة العالية في مجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك الفضاء ، وتوليد الطاقة ، والمعالجة الكيميائية ، وصناعات النفط والغاز. تشمل بعض التطبيقات الشائعة لهذه السبائك:

مكونات التوربينات الغازية: تُستخدم مخفوفات سبيكة عالية الحرارة في مكونات التوربينات الغازية مثل الشفرات والعبارات والاحتراق ، والتي تعمل في بيئات درجات الحرارة العالية.

محركات الطائرات: يتم استخدام هذه السبائك في محركات الطائرات لتوفير مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة والتآكل ، ولتحسين أداء المحرك.

المفاعلات النووية: تُستخدم مخفوفات سبيكة درجات الحرارة العالية في المفاعلات النووية لمقاومة درجات الحرارة المرتفعة والإشعاع ، ولتوفير المتانة والموثوقية على المدى الطويل.

المعالجة الكيميائية: يتم استخدام هذه السبائك في معدات المعالجة الكيميائية التي تعمل في درجات حرارة عالية وبيئات تآكل ، مثل المبادلات الحرارية والمفاعلات وأعمدة التقطير.

خاتمة

تلعب مخفوفات سبيكة درجات الحرارة العالية دورًا مهمًا في مجموعة متنوعة من التطبيقات ذات درجة الحرارة العالية ، حيث تفشل المواد القياسية. توفر هذه السبائك خصائص ميكانيكية فائقة ، ومقاومة تآكل ممتازة ، ومقاومة جيدة للإرهاق في درجات حرارة عالية ، مما يجعلها مثالية للاستخدام في التوربينات الغازية ومحركات الطائرات والمفاعلات النووية ومعدات المعالجة الكيميائية. يتطلب إنتاج مخفوفات سبائك درجات الحرارة العالية تقنيات معالجة متخصصة ، بما في ذلك الذوبان والصب والتزوير والمعالجة الحرارية. مع استمرار التقدم في التقدم ، من المتوقع أن ينمو استخدام سبائك درجات الحرارة العالية ، مما يدفع الابتكار ودفع حدود ما هو ممكن في تطبيقات درجات الحرارة العالية.