Was sind Hochtemperaturlegierungen?

Eine Hochtemperaturlegierung ist jedes Legierungsmaterial, das über einen längeren Zeitraum in einer Umgebung mit hohen Temperaturen und Stress stetig funktionieren kann. Es ist auch als Superalloy bekannt und hat eine hohe Legierungsstärke. Es wird ausführlich in schweren Umgebungen mit hoher Temperatur verwendet, einschließlich der nuklearen, petrochemischen, Gasturbine, der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie.

Die Entwicklung zeitgenössischer Gasturbinen und Luftfahrtmotoren wurde durch die Entstehung von Hochtemperaturlegierungen erheblich unterstützt, die es ihnen ermöglichen, bei größeren Temperaturen zu arbeiten, die Verbrennungseffizienz zu erhöhen und weniger Energie zu verbrauchen.

Typische Eigenschaften:

- höhere Hochtemperaturstärke

- Gute Oxidation und Korrosionsbeständigkeit

- gute Ermüdungsleistung

- Gute Frakturschärfe

Die metallographische Struktur ist das winzige Netzwerk von Körnern und die Kanten zwischen ihnen in Hochtemperaturlegierungen. Es hat einen großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Legierung, wie es sich hohen Temperaturen und Kriechen widersetzt. Verschiedene Arten von Hochtemperaturlegierungen (Nickelbasis, Eisenbasis, Kobaltbasis) haben aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammensetzungen unterschiedliche Mikrostrukturen.

 Phase:Gesichtszentrierte Kubikstruktur (FCC) als Hauptphase der Legierung, die für die Gesamtstärke verantwortlich ist

 'Phase:Geordnete Gesichtszentrumkubikstruktur, Stärkung der Phase, Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit

 "Phase:Störte Gesichts-zentrierte Kubikstruktur als Verstärkungsphase in einigen Nickel-Basis-Legierungen wie Inconel 718

 Carbid:Eine hochtemperaturstabil

1. Nickelbasierte Hochtemperaturlegierungen

Innerhalb des gesamten Bereichs von Hochtemperaturlegierungen haben Nickel-basierte Legierungen eine besonders signifikante Position. Es wird am häufigsten von den drei Hochtemperaturlegierungen verwendet, die bei der Herstellung von Jet-Motoren für Flugzeuge und die heißeren Komponenten mehrerer Industrie-Gasturbinen eingesetzt werden.

Seine Hauptkomponente ist Nickel (NI), die typischerweise über 50% davon ausmacht. Um seine Resistenz gegen hohe Temperaturen, Oxidation, Korrosion und Kriechen zu verbessern, enthält es auch Kobalt (CO), Chrom (CR), Molybdän (MO), Aluminium (Al), Titanium (Ti), Tungsten (W), Rhenium (Re) und andere Elemente.

Hauptleistung

- Maximale Betriebstemperatur: bis zu 1100 Grad

-Ausgezeichnete Hochtemperaturstärke und Kriechwiderstand, geeignet für den langfristigen Hochtemperaturservice

- Gute Oxidationsresistenz und Sulfidkorrosionsresistenz

- Einige nickelbasierte Legierungen können geschweißt werden und sind einfach zu verarbeiten

Gemeinsame Noten

- Inconel 718 (UNS N07718): Hochtemperaturwiderstand und Kriechwiderstand

- Hastelloy X (UNS N06002): Korrosionswiderstand, geeignet für Brennkammern

- Waspaloy (UNS N07001): Hervorragende Hochtemperaturstärke

- Rene 41 (UNS N07041): hohe Festigkeit, aber schwer zu verarbeiten

- Nimonic 80A (UNS N07080): Gasturbinenblätter

Typische Anwendungen

- Flugzeugmotor -Turbinenklingen, Brennkammern, Düsen

- Heißendkomponenten von Gasturbinen wie Brennkammern und Führungsschaufeln

- Reaktorkomponenten der Kernindustrie

- Petrochemische Hochtemperaturkorrosionsumgebung

2. Hochtemperaturlegierung auf Eisenbasis

Wärme resistenter Legierungsstahl ist ein anderer Name für die Hochtemperaturlegierung auf Eisenbasis, die hauptsächlich aus Eisen (Fe) (normalerweise größer als 50%) mit Spurenmengen an Legierungselementen wie NI und Cr besteht. Abhängig von seinen normalisierenden Kriterien kann hitzebeständiger Legierungsstahl als Martensit, Austenit, Perlit, Ferrit usw. klassifiziert werden.

Hauptleistung

- unter Verwendung der Temperatur: 750 ~ 900 Grad

- Gute Oxidationsbeständigkeit, geeignet für Hochtemperaturumgebungen

- Low creep resistance and endurance strength, not suitable for extremely high temperature environments (>900 Grad)

Gemeinsame Noten

Hastelloy d -205: Korrosionsresistente Hochtemperaturanwendung

Typische Anwendung

- Gasturbinenkomponenten (Komponenten mit niedrigerer Betriebstemperatur)

- Nebenkomponenten der Luft- und Raumfahrtkomponenten

- Abgas- und Hochtemperaturventile in der Automobilindustrie

3. Cobalt-basierte Superlegierungen

Cobalt ist die Grundlage von Superalloys auf Kobaltbasis, die ungefähr 60% Kobalt enthalten. Um den Wärmewiderstand von Superlegierungen zu erhöhen, müssen Komponenten wie CR und NI gleichzeitig hinzugefügt werden.

Haupteigenschaften

- Ausgezeichnete Oxidationsresistenz und thermische Korrosionsbeständigkeit, geeignet für extreme Umgebungen

- Gute Hochtemperaturstärke bis zu 1000 Grad

- ausgezeichnete Verschleißfestigkeit; Einige werden für Verschleiß-resistente Beschichtungen verwendet

Gemeinsame Noten

- Haynes 188 (UNR R30188): starker Oxidationsresistenz

-Mar-M 509: Geeignet für Hochtemperatur-Gasturbinenklingen

Typische Anwendungen

- Heißendkomponenten von Gasturbinen wie Brennkammern

- Flugzeugmotor -Turbinenklingen

- Hochtemperaturgeräte der Atomindustrie

- Verschleißresistente Komponenten wie Ventile und Lager

 Nickel-basierter Superalloy: Die beste, beste Leistung

 Superalloy auf Eisenbasis: niedrige Kosten, etwas schlechter Wärmewiderstand

 Cobalt-basierter Superalloy: herausragende Fähigkeiten gegen die Oxidation und Korrosion gegen Korrosion

1. Feste Lösung verstärkte Hochtemperaturlegierungen

Um feste Lösungscluster zu erzeugen und den festen Lösungselementgehalt der Hochtemperaturlegiermatrix zu erhöhen, werden die festen Lösungselemente in der Legierung in die Matrix gelöst.

 Vorteile:Verbessern

 Nachteile:Es ist leicht, Phänomene wie reduzierte Niederschläge und spröde Matrix zu produzieren, die die Müdigkeitsbeständigkeit und Zähigkeit von Hochtemperaturlegierungen beeinflussen

 Anwendung:Geeignet für kurzfristige Hochtemperatur-Auswirkungenumgebungen wie Gasturbinenhülsen.

2. Niederschlag verstärkte Hochtemperaturlegierungen

Es bezieht sich auf die Zugabe einer bestimmten Anzahl von Niederschlagselementen in die Hochtemperaturlegierung, um eine mikroskopische Phase mit den Elementen in der Matrix zu bilden, wodurch die Biege- und Scherbeständigkeit der Hochtemperaturlegierung erhöht wird.

 Vorteile:

- Verbesserung der Oxidationsresistenz und Korrosionsresistenz von Hochtemperaturlegierungen

- Verbesserung von Plastizität, Zähigkeit und Festigkeit bei hohen Temperaturen

 Nachteile:Einfach zu bilden Oberflächenrisse, Lockerheit und andere Probleme, die Qualität und Lebensdauer von Hochtemperaturlegierungen verringern

 Anwendung:Geeignet für langfristige Hochtemperatur-Service-Teile wie Flugzeugmotor-Turbinenklingen

3..

Durch die Wärmebehandlung wird die Stärkungsphase ausgefällt, um die Härte und Wärmebeständigkeit zu verbessern

 Vorteile: Einstellbare Härte und Leistung

 Anwendung: Geeignet für langfristigen Service bei hohen Temperaturen

V.

Ziel ist es, die Stärke und Härte der Legierung zu erhöhen, indem sie verstreute harten Partikeln hinzugefügt werden. Um die Stärke und Härte des Grundmetalls zu erhöhen, können diese harten Partikel Oxide, Carbide usw. gleichmäßig dispergierten Partikel innerhalb des Grundmetalls sein.

 Vorteile: Gute Müdigkeitsresistenz und Hochtemperaturstärke

 Anwendung: Suitable for extremely high-temperature environments (>1200 Grad)

1. Deformed Superalloy

Es bezieht sich auf Hochtemperaturlegierungen, die durch Schmieden, Rollen, Extrusion und andere Prozesse heiß und kalt verarbeitet werden können.

 Merkmale: Gute Plastizität, hohe Festigkeit, geeignet für komplexe Strukturen

 Arbeitstemperatur: -253 ~ 1320 Grad

 Anwendung: Flugzeugmotor -Turbinenscheibe, Gehäuse

2. Superalloy werfen

Das Legierungsmaterial, das Teile durch Gussmethode direkt vorbereitet, wird als Guss-Hochtemperaturlegierung bezeichnet.

Laut der Matrix kann es in die mit dem Eisen basierende Hochtemperaturlegierung, eine hochtemperaturgelegte Nickel-Basis-Legierung und Cobalt-Basis-Casting-Hochtemperaturlegierung unterteilt werden

Gemäß der Kristallisationsmethode kann es in polykristallines Gießen mit hoher Temperaturlegierung, Richtungsverfestigung des Gussgusses mit hoher Temperatur, richtungsbezogenem eutektischem Guss-Hochtemperaturlegier und einer mit einem Kristallguss hochtemperaturgelegten Legierung unterteilt werden

 Merkmale: Geeignet für Hochtemperatur- und komplexe Spannungsumgebungen, eine einzelne Kristalllegierung hat keine Korngrenze und eine gute Kriechleistung

 Anwendung: Flugzeugmotor -Turbinenklingen

3. Power Superalloy

Es ist eine Hochtemperaturlegierung, die durch einen Pulvermetallurgieprozess hergestellt wurde.

Gemäß der Methode zur Verstärkung der Legierung ist es in Dispersionsverstärkungstypen und Ausfälligkeitsstärkungsart unterteilt.

 Merkmale: gleichmäßige Struktur, keine Segregation, extrem hohe Temperaturstärke

 Anwendung: Luft- und Raumfahrtmotorenscheibe

4. ODS Superalloy

→ OSD: Oxiddispersion verstärkte Superlegierung

Die Verstärkung der Oxiddispersion von Superlegierungen bezieht sich auf eine neue Verstärkungsmethode, die der Superlegierung eine bestimmte Menge an thermodynamisch stabilen Oxiden hinzufügt, um sie in der Matrix zu zerstreuen und eine Oxiddispersionsphase zu bilden, die in der Matrix unlöslich ist, wodurch die Legierung weiter verstärkt wird. Es wird normalerweise durch mechanische Legierung hergestellt.

 Merkmale: Starker Kriechwiderstand über 1200 Grad

 Anwendung: Luft- und Raumfahrtmotor

Luft- und Raumfahrt: Flugzeugmotoren, Turbinenklingen, Brennkammern

Gasturbinen: Hochtemperaturkomponenten von Gasturbinen für Kraftwerke

Kernindustrie: Kernreaktorstrukturen

Automobilindustrie: Hochleistungsmotorteile

Petrochemische Industrie: korrosionsresistente Ausrüstung