صفحه اصلی / مقالات / فولاد / سوپر آلیاژها

سوپر آلیاژها

با گذشت زمان و پیشرفت صنایع مختلف نیاز طراحان به مواد مستحکم­ تر و مقاوم ­تر در برابر خوردگی افزایش یافته است. فولادهای زنگ ­نزن توسعه داده شده و به کار رفته در دهه­ های دوم و سوم قرن ۲۰ میلادی، نقطه شروعی برای برآورده شدن خواسته ­های مهندسی در دماهای بالا بودند. هنگامی­ که نیازهایی از قبیل استحکام کافی در برابر بارگذاری، خزش و خستگی مورد نظر باشد، سوپرآلیاژها (پایه نیکل) به عنوان مواد قابل استفاده دردماهای بالا (بالاتر از ۸۰۰ سانتیگراد) کاملاً شناخته شده هستند. در سال ۱۹۲۰ میلادی افزودن آلومینیوم و تیتانیوم به آلیاژهای از نوع نیکروم (nichrom type)  به عنوان اختراع به ثبت رسید، ولی صنعت سوپرآلیاژها با پذیرش آلیاژ کبالت (وایتالیم) برای برآورده کردن نیاز به استحکام در دمای بالا در موتورهای هواپیما پدیدار شد. به طور کلی سوپرآلیاژها، در سه گروه پایه نیکل، پایه آهن _ نیکل و پایه کبالت که هرکدام از نظر ماکروسکوپی به دو نوع ریخته و کارشده (شامل آلیاژهای متالورژی پودر) تقسیم بندی می ­شوند و عموماً در دماهای بالاتر از ۵۴۰ درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می­ گیرند. سوپرآلیاژهای پایه آهن _ نیکل معمولاً به صورت کارشده موجود می­ باشند، در حالی­که دو گروه دیگر بسته به نوع کاربرد و ترکیب شیمیایی می ­توانند به صورت ریخته­ گری شده و یا کارشده در دسترس قرار بگیرند.

اگر بخواهیم نگاهی بر روند پیشرفت سوپرآلیاژها و نقش افراد و شرکت­های تاثیرگذار بر این آلیاژها را داشته باشیم، در شکل ۱ تصویر پرسپکتیوی جهت این بررسی ارائه شده است. با توجه به اطلاعات در دسترس مشخص است که در ابتدا پیشرفت سوپرآلیاژها از آمریکا شروع شده و با فعالیت­های برجسته ­ای در انگلستان و آلمان در سال­های اخیر ادامه یافته است. اخیراً ژاپن و فرانسه نیز در این پیشرفت­ها تاثیرگذار بوده ­اند.

کشورهای سوپر آلیاژ

شکل ۱-کشورها، شرکت­ها و افراد جهانی تاثیرگذار بر روند پیشرفت سوپرآلیاژها

مقاومت به خوردگی سوپرآلیاژها به عناصر آلیاژی افزوده شده به ویژه آلومینیوم، کروم و شرایط محیطی بستگی دارد. فولادهای معمولی و آلیاژهای تیتانیوم در دمای بالاتر از ۵۴۰ درجه سانتیگراد دارای استحکام کافی نیستند و امکان خسارت دیدن آلیاژها در اثر خوردگی وجود دارد در حالی­که سوپرآلیاژها برای کار در دماهای بالاتر از ۵۴۰ درجه سانتیگرادو کمتر از نقطه ذوبشان (بیش­تر از ۱۲۰۴ درجه سانتیگراد) مناسب هستند. حد بالایی محدوده دمایی استفاده از آلیاژ تحت تاثیر نوع پایه آلیاژ (پایه نیکل و یا پایه آهن _ نیکل) مقدار و نوع رسوب و شکل آلیاژ (ریخته یا کارشده) است. برای مثال اکثر سوپرآلیاژهای پایه نیکل و پایه آهن _ نیکل کارشده فقط در دماهای ۷۰۴-۶۴۹ درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می ­گیرند. برخی از کاربردهای سوپرآلیاژها در جدول ۱ ارائه شده است، لازم به ذکر است که همه­ کاربردها به استحکام در دمای بالا نیاز ندارند.

جدول ‏۱. برخی از کاربردهای سوپرآلیاژها

صنعت استفاده کننده

کاربرد

قطعات توربین­های گاز هواپیما و صنعتی

دیسک ها، پیچ­ها، محفظه احتراق، شافت­ها

قطعات نیروگاه­های توربین بخار

پیچ­ها، تیغه­ها، لوله­های خروج گاز

صنایع شیمیایی و پتروشیمی

پیچ­ها، سوپاپ­ها، مخازن واکنش، لوله­ها، پمپ­ها

قطعات پزشکی

دندان پزشکی، ابزار جراحی

سوپرآلیاژها در دو گروه ریخته و کارشده تقسیم بندی می­ شوند، آلیاژهای کارشده معمولاً از شمش­ های ریخته بدست می ­آیند اما چندین ­بار تغییرشکل و عملیات پیش­گرم روی آن­ها انجام می­ شود، تا به حالت نهایی خود برسد. آلیاژهای کارشده به مراتب همگ ن­تر و انعطاف ­پذیرتر از آلیاژهای ریخته که معمولاً دارای جدایش ناشی از فرآیند انجماد هستند، می ­باشند. لازم به ذکر است که هر آلیاژی را نمی ­توان به شکل کارشده در آورد و بعضی از قطعات فقط به صورت ریخته تولید می ­شوند. سوپرآلیاژهای ریخته در ناحیه دما بالای توربین­های گازی، به­ ویژه در قطعاتی نظیر پره­ های هوا یافت می ­شوند. اکثر آلیاژهای ریخته از نوع چند بلوری با دانه­ های هم محور و بعضی دیگر از نوع انجماد جهت­ دار هستند. کاربرد آلیاژهای کارشده در محدوده دمایی متوسط (۵۴۰ تا ۷۶۰ درجه سانتیگراد) و کاربرد آلیاژهای ریخته در دمای بالا (از ۸۱۶ درجه سانتیگراد تا دمای ذوب فلز) می ­باشد.

استحکام ­دهی سوپرآلیاژها توسط سخت­کاری محلولی (تداخل اتم­های جانشینی همراه با تغییر شکل)، کارسختی (انرژی نهان ناشی از تغییر شکل) و رسوب سختی (تداخل رسوب­ها همراه با تغییر شکل) افزایش می ­یابد. همچنین ایجاد کاربیدها (توزیع مناسب از تداخل فازهای ثانویه به همراه تغییر شکل) به­ ویژه در سوپرآلیاژهای پایه کبالت افزایش استحکام را در پی دارد.

About مدیر

Check Also

1439_5

نورد

نورد – Rolling یکی از روش‌های شکل‌دهی مواد دارای قابلیت مومسانی است. فرآیند نورد شامل ...

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *