תהליכים תעשייתיים מודרניים דוחפים באופן קבוע חומרים מעבר לגבולות הקונבנציונאליים שלהם. ⁇ Turbine במנועי סילון ספינים בטמפרטורות גז מעל 1,500 מעלות צלזיוס, הרבה מעל נקודת ההיתוך של סגסוגת הלהב עצמה.חילופי חום בצמחים כימיים פנים אווירות קורוזיות בטמפרטורות גבוהות מתמשכת.

האתגר של פעילות גופנית-זמנית קיצונית משתרע כמעט על כל מגזר תעשייתי.אוויר, ייצור חשמל, עיבוד כימי, רכב, ותעשיות נפט וגז כל תנאי מפגש הדורשים חומרים עם תכונות מיוחדות של זמן רב.העלות של כשל חומרי ביישומים אלה יכול להיות קטסטרופלי, החל משעות השבתה בלתי מתוכננות ונזק בציוד לתאונות בטיחות ואובדן החיים.

מה הם Alloys מתקדמים?

⁇ היא חומר מתכתי המורכב משני אלמנטים או יותר, שבו לפחות אחד הוא מתכת. סגסוגת מתקדמת מעבר שילובים פשוטים ליצירות ממונדסות במדויק ומיקרו-מבנה המספקים תכונות ביצועים ממוקדות.בניגוד ⁇ סחורות כגון פלדה קלה או ציוני אלומיניום סטנדרטיים, ⁇ מתקדמות מפותחות באמצעות עיצוב מתכתי קפדני, לעתים קרובות מעורבים טכניקות עיבוד מבוקרות כגון פיתוי, אבקת מתכת, או כיוון מוצק.

ההבחנה המרכזית טמונה ביכולתם לשמור על שלמות מכנית וכימיקלית בתנאים קיצוניים.חומרים סטנדרטיים עשויים לרכך, להחריד, לזחול או להתגרע כאשר נחשפים לטמפרטורות גבוהות או לסביבות מבוכות מתקדמות, להתנגד למנגנוני ההידרדרות הללו באמצעות בחירה זהירה של מתכות בסיס ותוספות ⁇ המייצבות את המיקרו-מבנה ויוצרות שכבות הגנה.המדע שמאחורי חומרים אלה כרוך בהבנה עמוקה של מנגנונים של סגסוגת, משקעים, אטומיים, אטומיים, מנגנוני אטומיים ומנגנוני אטומיים ופירוק אטומיים, אטומיים ומנגנוני אטומיים.

כלים חישוביים מודרניים מאיצים את התגלית והאופטימיזציה של ⁇ מתקדמות.התרמודינמיקה באמצעות CALPHAD (Calculation of Phase Diagrams) שיטות מאפשר לחוקרים לחזות יציבות בשלב ואבולוציה של נכסים במערכות מרובות-קודמות מורכבות. אלגוריתמי למידת מכונה מאומן על נתונים גדולים של סגסוגת ונכסים נמדדים יכולים לזהות מועמדים מבטיחים ליישומים ספציפיים מהר יותר מאשר גישות מסורתיות ניסיוניות וטרור.

הכלכלה של ⁇ מתקדמות מגיע גם שיקול. ⁇ ביצועים גבוהים בדרך כלל עולה באופן משמעותי יותר מאשר חומרים סטנדרטיים בשל אלמנטים סגסוגת יקר שלהם, דרישות עיבוד מורכבות, בקרת איכות קפדנית. עם זאת, העלות הכוללת של הבעלות, כולל חיי שירות ארוכים יותר, תחזוקה מופחתת, ושיפור יעילות, לעתים קרובות מצדיק את הפרימיה.ביישומים קריטיים שבו כישלון אינו אופציה, העלות של החומר הוא משני אמינותו.

קטגוריות של Alloys מתקדמות לטמפרטורות קיצוניות

Superalloys

Superalloys מייצגים את השיעור הנפוץ ביותר של חומרים עתירי עתירה גבוהה ביישומים תובעניים.מבוסס על ניקל, cobalt או ברזל, ⁇ אלה לשמור כוח והתנגדות חמצון בטמפרטורות המתקרבות 80% מנקודת ההמסה שלהם. ניקל מבוסס על גבי שלבים כגון Inconel 718, רנה 41, רנה 88, ו CMSX-4-onecry לשלוט על שטח של microma מתקדם של 2 ק"מ"מ-tome-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-tome.

Superalloys מבוסס קובלט, כולל Haynes 188 וציונים שונים Stellite, מציעים עמידות קורוזיה חמה מעולה ללבוש נכסים בהשוואה חלופות מבוססות ניקל.זה הופך אותם מתאימים במיוחד עבור מדריכי נוזל, רכיבים שסתום, וחלקים אחרים חשופים גזי הדבקה אגרסיביים או מלחים מלוטשים.

Superalloys מבוסס ברזל כמו A-286 לספק אפשרות יעילה עבור טווחי טמפרטורה ביניים, בדרך כלל עד 700 מעלות צלזיוס. חומרים אלה למצוא יישום במנועי מטוסים, קטעי טורבינות, ו מזרזים שבו הטמפרטורה אינם תכונות קיצוניות אך מכניות נשאר חשוב.העלות הנמוכה של superalloys מבוסס ברזל לעומת ניקל או cobalt ציונים הופכת אותם אטרקטיבי עבור יישומים גבוהים.

המיקרו של superalloys יכול להיות מותאם באמצעות טיפול חום ועיבוד.טיפול בפתרון מתמוסס precipitate לתוך הממטריקס, ואחריו קירור מבוקר והזדקנות לייצר הפצה אחידה של חלקיקים gamma-prime משובח. Grain גבול הנדסה, כולל תוספת של בורון, zirconium, פחמן, משפר את הפשטות ומניעה של רציונאת רציונאלי.

Metals Refractory Metals

מתכות Refractory מאופיין על ידי נקודות התכה גבוהות מאוד, כל מעל 2,000 מעלות צלזיוס Tungsten (נקודת האבטיח 3,42 מעלות צלזיוס), molybdenum (2,62 ° C), טנטלום (3,017°C), ו niobium (2,47 ° C) הם הדוגמאות העיקריות. אלה מוצאים יישום במרכיבים חימום פרוות, זעזועים עבור ריסוקאקטיבי, מתכות אלקטרו-אווירה עבור רכיבי חום גבוהה, שואבים עבור רכיבי חום גבוהה.

עם זאת, מתכות השבירה מציגות אתגרים משמעותיים.הם מחמצן במהירות בטמפרטורות מעל 500-600 מעלות צלזיוס אם לא מוגן על ידי ציפויים או אטמוספירות. Tungsten טפסים תחמוצת נדנדה תנודתית אשר נשגבת בקלות, המוביל לאובדן חומרים מהיר בסביבות חמצון. Molybdenum מציג התנהגות דומה עם היווצרות של MoO Protective ציפויים המבוססים על משקעים שימושיים, אך ציפויים גמישים, אך עדיין יכול להאריך את הציפוי חום יעיל, אך גמישים, אך עדיין יכול להאריך את הציפוי ראייה גמישים, אך יכול להאריך את הציפוי, אך גמישים, אך גמישים, אך גמישים, אך עדיין.

צפיפות גבוהה של מתכות refractory, במיוחד tungsten ב 19.3 g / CM3, מגביל יישומים שבהם משקל הוא דאגה. ביישומים אווירופייס, עונש צפיפות עשוי לעלות על היתרונות של יכולת הטמפרטורה. עם זאת, עבור רכיבים סטטיים במערכות מבוססות קרקע, צפיפות היא לעתים קרובות פחות קריטית.התקדמות בסגסוגת, כגון tungstens-henium moenium ו-bdenumtanumconium-irconium (reconium), ו-irconium-irconium-irconium-irconium-irsolretraritation) ו-irlastation (retraritation) ו-irlastation-irlastation) תוך שמירה על חוזק סגסוגת מחדש, תוך שמירה על חוזק.

עיבוד של מתכות ריבוניות דורש טכניקות מיוחדות בשל נקודות ההיתוך הגבוהות שלהם ואת תגובתיות. אבקת מתכת פלוגדורי נפוץ, מעורב קומפקטיות וחטא בטמפרטורות גבוהות תחת אטמוספירה מבוקרת. ארק נמס ואלקטרון נמסים הם מועסקים לייצור של ingots, ואחריו תהליכים עבודה חמים כמו חדירה ועיבוד.

פלדה Alloys

פלדה בעלות ביצועים גבוהים וסגסוגת ניקל ברזל משמשים ביישומים הדורשים איזון של כוח עתיר גבוה, עמידות קורוזיה, וחסכוניות. ציונים כמו 310S נירוסטה להציע עמידות חמצון עד 1,100 מעלות צלזיוס בשל סגסוגת כרום גבוהה שלה וסיליקון. Incoloy כמו 800H ו 825 לספק התנגדות טובה רפוי ו לנטרל את צינורות הסוללות המתאימות לסביבות סגסוגת חום.

פלדות אל-חלד הצפופות כמו 17-4 PH ו-13-8 Mo לשמור על כוח בטמפרטורות גבוהות מדי בזמן המציעות קלות של ייצור והתנגדות קורוזיה טובה.חומרים אלה משמשים רכיבים, מזרזים וחלקים מבניים בדור כוח וציוד לעיבוד כימי.טיפולי הזדקנות-הקשה מייצרים טרמפטים דקים של שלב נחושת או בין-מטליקלי, אשר מחזקים את המרת או מטריצה או מטריצה.

פלדות אל-חלד פרקטיות עם תוכן כרום גבוה, כגון כיתה 446, מציעים עמידות חמצון מעולה בטמפרטורות גבוהות עם עלות נמוכה יותר מאשר ציונים אוסטיניים.עם זאת, הם סובלים מחוזק זמני מוגבל ורגישות לגילוח מ היווצרות שלב של sigma במהלך חשיפה ממושכת.

המרידות, למרות הידוע בעיקר בזכות העוצמה הגבוהה ביותר שלהם בטמפרטורת החדר, גם למצוא יישום מוגבל בטמפרטורות גבוהות מדי בינוניות.מבנה המרטן המשקעים שלהם-Harded שומרת על כוח עד 400 מעלות צלזיוס, והם מציעים קשיחות רבה שבר וכושר ייצור. יישומים כוללים כלי ליצירת חום וביצועים גבוהים של רכיבים מבניים.

מערכות Alloy מתפתחות

ההתפתחויות האחרונות במדעי החומרים יצרו מספר רב של סוגים חדשים של ⁇ עבור שירות עתיר קיצוני. ⁇ גבוהה-entropy (HEAs) המורכב מחמישה או יותר אלמנטים מרכזיים בכמעט שווה אטומים נמשך עניין מחקר משמעותי. חלק מההרכבים HEA מציגים שילובים מבטיחים של כוח, דוקטריות, ויציבות תרמית בטמפרטורות גבוהות ו Cryogenic.

Oxide פיזור הפיזור התחזק (ODS) ⁇ משלבים חלקיקים תחמוצת בסדר, בדרך כלל ytria או alumina, כי סיכות גבולות דגנים ו dislocations, המשתרע על פני חיים זחילה עתירי זמן גבוה באופן משמעותי בהשוואה ⁇ קונבנציונלי.סגסוגת מכנית באמצעות סגסוגת פולית כדור באנרגיה גבוהה מתפזרת חלקיקים חד-חמצני לאורך כל ממטריקס המתכת, ואחריו עצירות באמצעות גרורה חם או לחץ על ידי תכונות דלקתיות.

תרכובות ביניים כגון titanium aluminide (TiAl) מציעים חלופות קלות משקל עבור רכיבים טורבינות בטמפרטורות ביניים עד 800 מעלות צלזיוס. עם צפיפות בערך מחצית של superalloys מבוסס ניקל, רכיבי TiAl יכולים להפחית את המסה ביישומים רוטטים, שיפור יעילות המנוע וצמצום פליטות. GammaAl ⁇ s כבר הוצבו בהצלחה בלחיות נמוכות לחץ רכב וטעינה רכב.

תכונות מפתח דורשות ביצועים מתקדמים

נקודת המפנה והיציבות הרכה

נקודה נמס גבוה מספקת את היכולת הבסיסית של שירות בטמפרטורות גבוהות, אבל יציבות תרמית הולכת קדימה. ⁇ חייבת לעמוד בפני שינויים שלב, גידול דגנים, ו microstructural coarsating כי יהרוס נכסים לאורך זמן. aloys עם שלבים יציבים precipitate ואט פיזור קינטיקה לשמור על המאפיינים המכניים שלהם במהלך חשיפה ממושכת לטמפרטורות גבוהות.

יציבות תרמית כוללת גם התנגדות לשלב brittlement. ⁇ בטמפרטורה גבוהה רבים יכול ליצור שלבים בין-מתכתיים מתפתלים, כגון sigma, mu, או Laves, במהלך חשיפה ממושכת במגוון טמפרטורה מסוים.שלבים אלה להפחית את הדלונות ויכולים להוביל לכשל מוקדם.

אוקסידציה ו-Corrosion Resistance

בטמפרטורות גבוהות, מתכות מגיבות אגרסיביות עם חמצן, sulfur, chlorine, ומינים אחרים נוכחים באטמוספירה תעשייתית. ⁇ מתקדמות טופס קשקשים הגנה, בדרך כלל סגסוגת כרום, אלומיניום, או אחליקה, שפועלת כמו מחסומים דיפוזיה להאט התקפה נוספת.הרכב חייב להיות מאוזן בזהירות כדי למנוע ספיגה או תנודתיות של שכבת הגנה.

בסביבה כימית קשה, ⁇ כמו Hastelloy C-276 מתנגדים לפיזור, לחץ קורוזיה סדקים, והתקפה בין-גרנרית באמצעות רמות גבוהות של ניקל, molybdenum, ו chromium. מספר ההתנגדות המתפתל (PREN) מספק מדד השוואתי של התנגדות קורוזיה מקומית המכילה ניקל בסביבה המכילה כלורידיד.

carburization ואבק מתכת הם מנגנונים נוספים נתקלו באטמוספירה המכיל פחמן בטמפרטורות גבוהות. תופעות אלה כרוכות דיפוזיה של פחמן לתוך ⁇ , המוביל היווצרות carbide ולחצים פנימיים שיכולים לגרום סדקים או פיזור. סגסוגת מבוסס ניקל עם תוכן כרום גבוה בדרך כלל מציעים את ההתנגדות הטובה ביותר ל carburizing, בעוד אלומיניום וסיליקון יכול לשפר ביצועים נוספים.

כוח מכני והתנגדות

תצורת Creep הופכת למצב הכישלון הדומיננטי במכות בטמפרטורות גבוהות, שבו זרימת פלסטיק תלויה בזמן מתרחשת תחת לחץ מתמשך מתחת לכוח התשואות. עקומת המצמר מציגה בדרך כלל שלושה שלבים: פריץ ראשוני עם קצב הפחתת המתח, צמר משני עם קצב לחץ יציב של המדינה, וטרטימפ עם קצב עלייה מצטבר המוביל לסגסוגת מתקדמת לעמוד דרך כמה מנגנונים עובדים בשילוב.

חיזוק פתרון מוצק כרוך אלמנטים ⁇ כי מעוות את ה- ⁇ גבישי ומניעה פירוק תנועה. tungsten, molybdenum, rhenium, ו-Ttalum הם פתרון מוצק מחזק את התנועה על בסיס ניקל מבוסס Superalloys. Precipitation קשיחה מסתמכת על פיזור עדין של חלקיקים דו-phase שני לפעול כמו מכשולים כדי dislocation תנועה.

הנדסה בגבול גרלין מחזקת את האזורים בין גרגריה שהם נקודות חלשות בטמפרטורה גבוהה. Carbide precipitates לאורך גבולות דגנים מעכבים נפיחות ו היווצרות חלליות. תוספת של אלמנטים כמו בורון ו zirconium segregates לגבולות דגנים ומשפרת כוח cohesive.

פיזור Oxide מספק את יכולת הטמפרטורה הגבוהה ביותר של כל מנגנון חיזוק.חלקיקי תחמוצת, בדרך כלל ytria (Y2O3) או thoria (ThO2), הם יציבים מבחינה תרמודינמית ובאופן בלתי פתור במריצה המתכתית, שמירה על ההשפעה ה pinning שלהם על פירוק וגבולות דגנים עד טמפרטורות גבוהות מאוד. ⁇ ODS יכול לפעול בטמפרטורות עד 1200 מעלות צלזיוס, מאות מעלות צלזיוס, של מעל פני קונבנציונאליות.

ההתנגדות המסוכנת

יישומים תעשייתיים רבים כרוכים בשינויי טמפרטורה מחזוריים, גרימת התרחבות תרמית והתכווצות שיוצרים לחצים פנימיים.העייפות הארומית קרקרים מתרחשת כאשר לחצים אלה עולים על עוצמת ⁇ על מחזורים חוזרים.חומרה של עייפות תרמית תלויה בטווח הטמפרטורה, קצב שינויי הטמפרטורה, ואת העצירה המוטלת על ידי גיאומטריה או החזקה למבנים אחרים.

משככי טמפרטורות נמוכות והתנהגויות תרמיות גבוהות להפחית את הלחץ התרמי עבור שינוי טמפרטורה נתון.חומרים עם דיוק גבוה יותר יכולים להכיל יותר מתוח לפני סדקים.התנגדות העייפות התרמית של חומר מאופיינת לעתים קרובות על ידי מספר המחזורים לכשל בבדיקות מעבדה מבוקרות כי סימולציה תנאי שירות.כיוון מוצק ובודד סגסוגת חד-קריסטל יחיד מראה שיפור משמעותי חיי עייפות תרמיים בהשוואה לחומרים טיפוסיים הסטויאליים עקב חיסול של גבולות דגנים ללחצים.

גם מנעולים יכולים לשפר את ההתנגדות לעייפות תרמית על ידי צמצום הטמפרטורה של מתכת הבסיסית. ציפויי מחסום הרחם (TBCs) של ytria-stabilized zirconia (YSZ) מוחל על ידי תרסיס פלזמה או אלקטרונים beam פיזי vapor deposition (EB-PVD) יכול להפחית את הטמפרטורות מתכת ב -100-200 מעלות צלזיוס ביישומים גז, להרחיב באופן משמעותי את החיים, למנוע ציפוי תרמי בין המצופה מכווץ ל- Estrate.

יישומים תעשייתיים של אלויטורה קיצונית

תעופה ואוויר

מנועי Jet מייצגים את היישום התובעני והמשמעותי ביותר עבור ⁇ עתירי זמן גבוהים. Turbine blades ו- vanes בחלק החם לפעול בטמפרטורות גז מעל 1,500 מעלות צלזיוס, מעל נקודת ההיתוך של כל סגסוגת מתכת מעשית. מרכיבים אלה לשרוד באמצעות עיצובים קירור מתוחכם עם מעברים אוויריים פנימיים, בשילוב עם ציפויים תרמיים מבוססי ניקל.

האבולוציה של חומרי להב טורבינות ממחישה את ההתקדמות של פיתוח ⁇ .מנועי מוקדמים השתמשו ⁇ מבוסס סגסוגת המכילה סגסוגת, ואחריו באופן קונבנציונלי להטיל superalloys מבוסס ניקל. ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מערכות הנעה לחלל דורשות חומרים שעומדים בפני טראנסים תרמיים קיצוניים, סביבות ואקום, וחשיפה למין דחף תגובתי. Rocket nozzle הרחבות ותאים דחף לפעול בטמפרטורות מעל 2,000 מעלות צלזיוס במקרים מסוימים, עם חימום מהיר וקירור במהלך ההפעלה וסגורה. מתכות ריבוניות כמו niobium ו ⁇ molybdenum, מוגן על ידי silicide או aluminide, למצוא דרישות פחמן אלה הם מורכבים יותר ויותר.

תכנית החומרים והמבנה של נאס"א ממשיכה לפתח חומרים מתקדמים עבור יישומים עתידיים של הדור הבא, כולל כלי רכב היפרוזיים ומערכות שיגור שניתן יהיה לבצע, אשר כופים אפילו דרישות תובעניות יותר על חומרים.

הדור של כוח

טורבינות גז עבור ייצור חשמל לפעול בטמפרטורות ירי גבוהות יותר כדי לשפר את היעילות התרמית, עכשיו מעל 1,500 מעלות צלזיוס במכונות מתקדמות. Turbine blades, קוטור, וחתיכות מעבר מסתמכות על superalloys וציפוי מחסום תרמיים דומים לאלה המשמשים במנועי מטוסים, עם דגש נוסף על עמידות ארוכת טווח עבור פעילות עומס בסיס.

מתקדם אולטרה-על קריטי פחם-אש תחנות כוח, פועל בטמפרטורות קיטור מעל 700 מעלות צלזיוס ולחצים מעל 30 MPa, דורש ⁇ עמידת חרק עבור צינורות רותחים, ראשים, וקווי קיטור. Inconel 740H ו- Haynes 282 הם בין ⁇ המועמד להיות מוסמך לתנאים חמורים אלה.

תחנות כוח גרעיניות, במיוחד הדור הרביעי עיצובים שנועדו לפעול בטמפרטורות גבוהות עבור יעילות משופרת ותהליכי חום, סגסוגת הביקוש עם התנגדות יוצאת דופן לנזק ניטרון ושחיתות על ידי מתכת נוזלית או קירור מלח מלוטנט. Alloy 617 (a ניקל מבוסס על Superalloy) ו- Hastelloy N נמצאים תחת הערכה עבור יישומים עתירי עתירי עתיר גבוה מאוד,950 עד שילוב של טמפרטורה גבוהה, קרייר, חומרים קריירות גבוהה.

צמחים ריכוז אנרגיה סולארית (CSP) משתמשים מראות כדי להתמקד באור השמש על המקלטים הפועלים בטמפרטורות של 500-800 מעלות צלזיוס, עם מלח מלוטן או CO2 סופר קריטי כמו נוזל העברת חום. מקבל צינורות ומקושרים לצנרת דורשים ⁇ עמידים לזחול ולקורוסיון על ידי מדיום העברת חום.

עיבוד כימי ופטרוכימי

עיבוד כימי לעתים קרובות כרוך בטמפרטורות גבוהות בשילוב עם מדיה קורוזית. Ethylene סדק פרונסיות לפעול בטמפרטורות עור צינור מעל 1,000 מעלות צלזיוס, הדורשות סגסוגת HK-40 או HP-modified עם כוח זחיל גבוה והתנגדות carburburizing.ה צינורות כפופים ללחץ פנימי של הידרופחמן, בעוד שחשוף חיצוני לשרוף כוויות כוויות גזים.

צינורות רפורמיים במפעלי ייצור מימן משתמשים בסגסוגת HP-Nb שמתנגדים למצוץ וחמצן ב-900-950 מעלות צלזיוס. צינורות אלה הם בין הרכיבים הקריטיים ביותר בתהליך, שכן כשל הצינור דורש סגירת צמחים.חיי העיצוב של צינורות רפורמה הם בדרך כלל 100,000 שעות, הדורשים חומרים זהירים ובקרת איכות.

מחליפים חום בטמפרטורות גבוהות.מבחן אנאקונדה, אשר מודדים סגסוגת ברזל סיליקון או פלדות אל-חלד המומחיות העומדות בפני התקפה קורוזית בטמפרטורות גבוהות.מבחן אנאקונדה, אשר מודד את שערי קורוזיה בחומצה sulfuric מבושלת, הוא שיטת הסמכה סטנדרטית עבור ⁇ אלה.בצמחים ammonia, ממירי משמרות גבוהות פועלים ב-350-500 מעלות צלזיוס באטמוספירה מימן כיפתן יכול לדרוש סגסוגת קריטית.

ה-FLT:0.ASMori InternationalFLT:1 מספק נתונים התייחסות מקיף על ביצועי ⁇ בסביבות עיבוד כימי, כולל נתוני שיעור קורוזיה והדרכה של בחירת חומרים לשירותים כימיים ספציפיים.

רכב וספורט

מנועי ביצועים גבוהים, טורטו לטעון, ומערכות ממצה לייצר טמפרטורות קיצוניות הדורשות ⁇ מתקדמות. Exhaust שסתום במנועי ביצועים גבוהים לפעול בטמפרטורות עד 800 מעלות צלזיוס תוך כדי השפעה מפני מושבים שסתום אלפי פעמים לדקה. , Superalloys מבוסס ניקל כגון Inconel 751 ו Nimonic 80A משמשים בדרך כלל עבור יישומים אלה עקב אינטנסיבי שלהם, כוח ללבוש התנגדות.

דירות טורבו טואלט ניסיון רכיבה תרמיים מתחילת קר לטמפרטורות עמוסות מעל 900 מעלות צלזיוס גבוה ברזל דוקטרילי גבוה ו- ניקל גבוה ארונות מטילים הם החומרים המסורתיים, אבל יותר ויותר תקנות פליטות מחמירות ולחצים גבוהים יותר הם המניעים אימוץ של נירוסטה וסגסוגת ניקל מבוססי טורבו.

בסדרת מרוצי פורמולה 1 וסדרה אחרת, חומרים נבחרים דוחפים את הגבולות של מה אפשרי.טיניום אלומיניום גלגל טורבינות לחסוך במשקל תוך שמירה על כוח בטמפרטורות ממצה.Inconel 718 מערכות ממצה לסבול טמפרטורות קיצוניות ורכיבי אופניים תרמיים תוך צמצום משקל. Ceramic ציפויים החל מרכיבים ממצה להפחית את דחיית החום ולשפר ביצועים מנועים אלה משמשים כמוכיחים חומרים למצוא מאוחר יותר לייצור כלי רכב.

תהליכי ייצור ותהליכים

אותם תכונות שהופכות ⁇ מתקדמות ביצועים היטב בטמפרטורות קיצוניות גם מקשים לייצר.חוזק גבוה ושיעורים של עבודה קשה דורשות אסטרטגיות כלי מיוחד ו machining. Carbide וכלי קרמיקה עם ציפויים מתקדמים הם הכרחיים עבור מאצ'ינג ניקל מבוסס על superalloys. לייזר מונע לייזר מונעים מראש את החומר לפני כלי חיתוך, יכול לשפר את החיים ואת על ידי צמצום העבודה הקשה במהלך חיתוך העבודה.

פריקה חשמלית (EDM) ו- אלקטרוכימי מטמון (ECM) הם לעתים קרובות הכרחי עבור גיאוגרפיה מורכבת סגסוגת קשיח-מכונה. EDM משתמשת ניצוץ חשמלי חומר erode, בעוד ECM משתמש פירוק חד-משמעי בפירוק אלקטרוליטה. שני התהליכים יכולים לייצר צורות מורכבות עם משטח טוב אבל יש שיעורי הסרת חומרים איטי יחסית.

נביחות של ⁇ אלה מציג אתגרים מסוימים.אזור חום-מושפע סדק, microfissuring, ואובדן התנגדות קורוזיה יכול להתרחש ללא שליטה נאותה של הליך.מכות מילוי חייב להיות מותאם בזהירות לרכיב מתכת הבסיס, ו preheat טרום חום טיפול חום לאחר מגבת נדרשים לעתים קרובות לשלוט בלחצים שוכנים ולשמור על תכונות.

Vacuum brazing ו diffusion אגוואטינג הם שיטות חלופיות הנמנעות רבות מהנושאים הקשורים היתוך ריתוך. תהליכים אלה משתמשים בטמפרטורות מתחת לנקודת ההיתוך של מתכת הבסיס, עם מתכת ממלאת כי מתמסתת רטובה משטחים המשותפים. Diffusion מתחבר לחץ וטמפרטורה כדי ליצור קשר מתכתי ללא חומר ממלא נפרד.

ליכוד השקעות הוא התהליך העיקרי לייצור מרכיבים מורכבים סופר-כלוי כמו להבים טורבינות.התהליך מתחיל עם תבנית שעווה המצופה מעטפת קרמיקה כדי ליצור עובש.לאחר הסרת שעווה, מתכת מלוטנת מוזג לתוך עובש מעומם מותרת מותרת לחזק בתנאים מבוקרים. ריצוף וסימון חד-קריסטל דורש שליטה מדויקת של ⁇ תרמיים ועיצוב כדי להשיג את המבנה של גרגר הרצוי של תהליכים ייצור מדומה.

אבקה מסלולי מתכת, כולל אבקת סגסוגת חם (HIP), מאפשרים ייצור של ⁇ עם יצירות שימחקו במהלך איחוד קונבנציונלי. אבקת ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ מאוחדים תחת טמפרטורה גבוהה ולחץ לייצר חומר צפוף מלא עם תכונות אחידות. עיבוד HIP יכול לשמש גם כדי לסגור את הנפיחות הפנימית בהליכויים, שיפור חיי עייפות ואמינות.

בחירת ה-Alloy הנכון עבור היישום

בחירת הסגסוגת האופטימלית עבור יישום עתיר רוח קיצוני דורש הערכה של גורמים מרובים מעבר נקודת התכה פשוטה או כוח רבייה. טווח הטמפרטורה התפעולי, כולל ערכים מקסימליים ומינימום ואת משך החשיפה, השפעות בחירה חומרית. כוח קריפ הופך חשוב יותר ויותר בטמפרטורות גבוהות יותר, בעוד התנגדות חמצון עשוי להיות הגורם מגביל בשירות ארוך טווח.

עומס מכני, בין אם יציב, מחזורי, או השפעה, תכתיב את דרישות הכוח והעייפות. Components כפופים ללחץ צנטריפוגי, כמו להבים טורבינות ודיסקים, דורשים כוח והתנגדות מצמררת גבוהה ועייפות.כלי לחץ ו- piping דורשים שילוב של כוח, התנגדות מצמררת, וקשידות שבר.עומסי האופניים ה-rmal דורשים התנגדות לעייפות תרמית וחמצן.

שיקולים עולים כוללים עלות חומרי גלם, מורכבות ייצור, וחיי שירות צפויים.ניקל ומחירי קובלט מתחלחלים באופן משמעותי עם תנאי השוק, מה שהופך את העלות מאתגרת עבור פרויקטים ארוכי טווח.הדחיסות הגבוהה של טונגסטן עולה משקל ועלויות, פוטנציאל הדורשת סעיפים עבים יותר או מבנה תמיכה נוסף. במקרים רבים, סגסוגת זולה יותר עם מערכת ציפוי מספק ביצועים נאותים במחיר נמוך יותר מאשר מונוליטי.

ארגונים סטנדרטיים כולל ASTM International, ASME ו- ISO מספקים מפרטים עבור סגסוגת עתירה קיצונית רבות, כולל מגבלות של הרכב הכימי, תכונות מכניות מינימליות, דרישות בקרת איכות. בדיקת Qualification על פי הסטנדרטים האלה נדרשת עבור יישומים קריטיים בטיחות, במיוחד ב-Aerospace ו- Power Generation. חומרים יש לערב ייעוץ עם מטולורגיסטים ופני התייחסות להנחיות תעשייתיות וחוויות מבוססות.

האגודה לחומרים (TMS)FLT:0 (Minerals, Metals and Materials Society) מפרסם נתונים נרחבים על התכונות והביצועים של ⁇ עתירה גבוהה, כולל הליכי ישיבות ומסמכים טכניים המעדים את חווית המחקר והיישומים האחרונה.

כיוונים עתידיים בפיתוח Alloy

מחקר בסגסוגת עתירה קיצונית ממשיך להתקדם לאורך כמה חזיתות משלימים. Computational חומרים מדע, כולל CALPHAD מודלים, תיאוריה פונקציונלית צפיפות, ולמידה מכונה, מאיץ את התגלית של יצירות חדשות עם שילובים של נכסים אופטימיזציה. High-put טכניקות, כגון diffusions ותוסף של ⁇ , מאפשר בדיקות מהירות של מאות ⁇ בניסוי אחד הם הפחתת זמן חדש לסגסוגת.

⁇ גבוהה-entropy (HEAs) מייצג אחד האזורים הפעילים ביותר של מחקר במדעי החומרים.חלק מהרכבות HEA מציג שילובים בעלי עוצמה גבוהה הן בטמפרטורות גבוהות ובכווצניות, יחד עם התנגדות חמצון טובה.מרחב הקומפוזיציה העצום של HEAs מציע הזדמנויות לגילוי חומרים עם שילובים חסרי תקדים.

ייצור Additive, או 3D הדפסה, מציע אפשרויות חדשות עבור רכיבים סגסוגת עתיר-זמניים.אבקת לייזר היתוך ותהליכי פירוק אנרגיה מכוונים יכול לייצר ג'ממטות מורכבות אשר להפחית את משקל ולשפר את יעילות הקירור ברכיבי טורבינות.היכולת ליצור ערוצי קירור פנימיים, מבנים LITS, וחומרים סטנדרטיים פוסט-שלביים נדרשים פותחים אפשרויות עיצוב שאינן אפשריות עם ייצור קונבנציונלי.

טיפול במקלדת ומשטח ממשיכים להתפתח לצד ⁇ substrate. ציפויים מחסום הרחם (TBCs) עם מוליכות תרמית נמוכה ויציבות גבוהה יותר להרחיב את יכולת הטמפרטורה של superalloys. Gadolinium zirconate וחומרים חלופיים אחרים TBC מציעים ביצועים משופרים בהשוואה ל סטנדרטי ytria-bilated zionia בטמפרטורות מעל 1200 ° C.

חומרים Composite, כולל מטבוליות מתכת (MMCs) עם חיזוקים קרמיקה, מציעים פוטנציאל לטמפרטורה יכולות מעבר ⁇ מונוליטיות. Tungsten סיבים-reinforceed נחושת עבור ניהול תרמי, ו oxide-oxide-oxide-oxide ממטרת קרמיקה עבור יישומים מבנה חם, להראות הבטחה לדרישות מסוימות של זמן קיצוני, פחמן מורכב, בעוד סגסוגת, לספק את היכולת תרמית של כל חומרת של 2,000 מעלות צלזיוס, 000, 000 חומרים אלה הם חומרים צמחיים, 000 חומרים צמחיים, 000.

מסקנה

⁇ מתקדמות לסביבות תעשייתיות קיצוניות-זמניות מייצגות טכנולוגיה קריטית המאפשרת על פני מגזרים תעשייתיים מרובים.מ להבים טורבינות שמטוסי כוח ומייצרים חשמל, צינורות הרפורמה המייצרים מימן לעיבוד כימי, חומרים מהונדסים אלה מאפשרים את הביצועים והיעילות שהחברה המודרנית תלויה בהם.המדע וההנדסה של ⁇ אלה כרוכים בהבנה עמוקה של מתכות, עיבוד ומנגנוני השפלה, החלים בתכנון חומרים אשר פועל על פני השטח הפיזי האפשרי של חומרים אשר פועל על מנת להפעיל את הגבולות הפיזיים האפשריים.

יישום מוצלח של ⁇ בזמן קיצוני דורש שיקול זהיר של תנאי הפעלה, תכונות חומריות, יכולות ייצור וגורמים כלכליים.העלות של חומרים אלה היא לעתים קרובות מוצדקת על ידי יכולתם לאפשר טמפרטורות תפעול גבוהות יותר, חיי שירות ארוכים יותר, ושיפור האמינות ביישומים תובעניים.כפי שטמפרטורות תפעול ממשיכות לעלות במרדף אחר יעילות רבה יותר וצמצום פליטות, פיתוח ⁇ חדשות עם יכולות משופרות יישארו חיוני של חומרים מדעיים והנדסה.

העתיד של חומרים עתיריים קיצוניים יהיה ככל הנראה כרוך באבולוציה מתמשכת של כיתות ⁇ קיימות, לצד הופעתן של מערכות חומר חדשות כמו ⁇ נטיות נטיות ורכיבים מתקדמים. כלים Computational יזרזו את הפיתוח תוך צמצום ההסתמכות על ניסויים ניסיוניים יקרים.ייצור אדקטיבית יאפשר עיצובים חדשים המרכיבים את הביצועים המקסימליים של חומרים הזמינים והנדסת פני השטח ירחיבו את יכולת המצע של סגסוגת מעבר להתפתחויות כימיות, יאפשרו באופן קולקטיבי יותר, ויספקו של מערכות יעילות גבוהה יותר של מערכות עיבוד.

עבור מהנדסים וספקי חומרים, להישאר הנוכחי עם התפתחויות בתחום זה חיוני לקבלת החלטות מושכלות כי מאזן ביצועים, אמינות, ועלות. TheFLT:0NACE InternationalearFLT:1 מספק משאבים על חומרים עמידים קורוזיה עבור שירות עתיר, כולל סטנדרטים, דוחות טכניים ותוכניות חינוכיות התומכים שיטות הטובות ביותר בבחירת חומרים ויישומים.