הקדמה: מדוע מיקרו-מבנה מתקדשת אלילותיה של דור הפאוור

⁇ עתירה גבוהה יוצרים את עמוד השדרה של הדור המודרני - מטורפות גז בצמחים ממחזור משולב כדי לחבוטח על גבי צינורות פחמן באש וטורבינות קיטור במתקנים גרעיניים.חומרים אלה פועלים בטמפרטורות מעל 600 מעלות צלזיוס, לעתים קרובות תחת מנגנוני לחץ גבוה וסביבות קריירות אגרסיביות של עיצוב.

יסודות מיקרו-מבנה ב High-Temperature Alloys

מיקרו מבנים כוללים את כל התכונות מבניות גלויות תחת מיקרוסקופ אופטי או אלקטרונים: דגנים, גבולות דגנים, precipitate, הכללות, ושלבים אחרים. בסגסוגת עתירה גבוהה - כגון superalloys מבוסס ניקל, מתקדם ferritic-martensitic פלדה, וסגסוגת מבוסס cobalt-based - המיקרו הראשוני מוגדר במהלך עיבוד תרמומי ולאחר מכן מתפתח בשירות הראשי כדי להשיג את הכשלים סביבתיים.

מבנה גרלין ו-Boundaries

גודל גרנין משפיע ישירות על כוח זחיל ועל קשיחות בטמפרטורות גבוהות.דגנים יפים מספקים כוח גבוה בטמפרטורות נמוכות יותר כי הם מעכבים את תנועת פירוק המעבר דרך קשיחות הול-פטרצ'ץ', אך בטמפרטורות גבוהות, גבולות דגנים הופכים לאתרים עבור חיץ מבוקר דיפוזיה ופירוק של דגנים קצרים (Grarse) להפחית את אזור ההנדסה לאחור ובכך לשפר את ההתנגדות רפלקטיבית, אך במחיר של טנזין ועייפות חיים רבים.

שלב מוקדם ואבולוציה

חיזוקים (הדגשה) ב-MX Superalloys או MX Carbonitrides בפלדות פרפריטי - בתנאי ההתנגדות העיקרית לפירוק של מקטעים ומצמרר: גודל, מורפיום, ו coherency של סדקים מוקדמים אלה הם קריטיים.

שלב שני וסיכון לחיסול

שלבים משניים כגון carbides, nitrides, borides, ו-Intermetallic שלבים (למשל, sigma, Laves, TCP שלבים) יכולים לעזור או לפגוע בביצועים. in ניקל superalloys, carbides ב סגסוגת של דגנים גבול דגנים יכול לעכב ריצוף, שיפור של דקטיות יתר או חדלות יתר של רשתות סגסוגת כבדות למחצה, 000 של חומר נפץ, 000 קשה, 000.

כשלון מיקרו-מבנה-העברה

מצבי הכישלון העיקריים בדורות של כוח עתירי גבוה הם מצמררים, חמצון / קורוזיה, עייפות, והתגלמות.כל אחד קשור באופן אינטימי לתכונות מיקרו-תרבותיות.

מיצג ו-Rupture

קריפ הוא עיוות פלסטיק תלוי בזמן תחת לחץ קבוע בטמפרטורות גבוהות (בדרך כלל > 0.4 TreaFLT:0) .mreaFLT:1) בשלב הראשוני, עבודה קשה מתרחשת; בשלב השני, מצב יציב הוא מתמשך על ידי התאוששות דינמי בסופו של דבר, צץ טריטרי להאיץ לעבר קרע.

  • (ב) בטמפרטורות גבוהות, גבולות דגנים נודדים ומשופפים, במיוחד בחומרים טעונים.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ (התחילה: ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) היווצרות של סובגרין: FLT:1 במהלך המצמרר, קירות פירוק צורה תת-אגרנים.גודל תת-קרקעית תואמים באופן הפוך עם מתח מוחל; תת-קרקעיים דקים יותר מגבירים את כוח הטמון אך הופכים לבלתי יציבים אם חלקיקים מתמוססים.

פלדות מודרנית של חרטה מסתמכות על צפיפות גבוהה של nanoscale MX precipitates יציב כדי להבקיע גבולות subgrain ו לעכב התאוששות.אובדן של סיכה זו בשל coarsing טרום בית חולים או פירוק סימני תחילת של צץ טרטרי.

Oxidation and Corrosion

(ה) ⁇ (ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

עייפות וסדקים Initation

עייפות בשלב ההפוך לנפוץ ומכנית הן נפוצות ברכיבי חשמל שעוברים עומס מחזורי וטמפרטורות טראנסים. פגמים מיקרו-מבנהיים כגון סדקים בגודל לא-מטאלי, מטענים גדולים, סרטי תחמוצת-חמצני, ומכשולים מצמררים כמו העלאת מתח שמצמת סדקים בגודל של חיידקים (Ficreates) גם בכבדים מבוססי ניקל, כולל של 50 מיקרומטרים יכולים להפחית את המחזור הגבוה על ידי עייפות; אפילו ממין אחד:0 מ-Fcccccccccccccen) ל-Crecccccrecrecrecrecrecrecrecrecrecen, אפילו מ-fine, אפילו מ-frecrecrecrecrecrecrecrecen, אך גם כן, 000: יותר מ-frecrelicrelicrelicrelicrelicrelicrelicrelimate בגודל של דגנים קצרים יותר ממריצים בגודל של דגנים קצרים, אך גם כן, 000: 1 ממריצים ל-fine, 000: 1 מ-fretras: 1 מ-f

Embrittlement Phenomena

מיצוי יכול להופיע לאחר חשיפה ממושכת של שירות בשל התפתחות מיקרו-מבנה.צורות נפוצות כוללות:

  • (FLT:0) מזג בלתי הפיך מתפוררות:1) בפלדות דלות-כלוי הנגרמות על ידי הפרדה של אלמנטים של אי-שקט (P, S, סנ, As) לגבולות דגנים, צמצום כוח כפיהיבי.
  • (FLT:0) שלב ההתגלמות של FLT: 1) בפלדות אל-חלד אוסטיאופטיות וסופר-כלוי עם תוכן גבוה Cr או Mo, וכתוצאה מכך אובדן של דוקטריות והשפעה על קשיחות.
  • (FLT:0) הינדרגן מגלם את השבויים של 1 בינואר) בטור טורב טורבינות קיטור בשל מימן בתוקפנות בלחץ גבוה; מטענים קלים יכולים לפעול כמלכודות בלתי הפיכות, אך מלכודות ניתנות בגבולות דגנים מובילים לדה-התחמור.

בקרת מיקרו-מבנה למזער הפרדה ולהפחית את היווצרות של סרטי גבול דגנים רצופים היא האסטרטגיה העיקרית של הפחתת ההפחתה.

מחקרים על Power Generation Components

גז טורקי ברדס

להבים בשלב הראשון בטורבינה גז תעשייתית עשויים ממבנה גרגר ממוגן (DS) או אזורי קירור חד-צדדיים (SX) ניקל מבוססי-על-בסיסיים (SX) או מבנה גרגר יחיד-קלי מבטל את גבולות הדגנים המשתנים, אשר הם החוליה החלשה ביותר תחת עומס קיפאון ראשוני, אפילו בתוך להב SX, פגום של ציר הקריסטל ממרחק של זרם החמצן המצופה ממרחק של 10 מעלות צלזיוס, לעומת ירידה פנימית, לעומת ירידה של לחץ דם, לעומת ירידה של לחץ דם, 000 גרם נזק פנימי, 000 גרם נזקי, 000 גרם לעתים קרובות, 000 גרם נזקי, 000 גרם נזקי, 000 גרם נזק פנימי, 000 גרם נזקי, 000 גרם נזקי, 000 גרם נזקי, 000.

צינורות ב-Boiler

(ב) צינורות מתחמיים וכבדים בסביבות פחם-ויומסה של רתיחה, פועלים בטמפרטורות מתכת עד 650 מעלות צלזיוס תחת לחץ פנימי גבוה וסביבות גסות של זבובים (CDC) כולל T91, T92, ו anustenitics מתקדמות (למשל, TPRHFG, Super 304H) מנגנוני הכישלונות הנפוצים ביותר הם לטווח ארוך של rupturedic Fire: 4Frephic-Ferrfrephics:

Steam Turbine Rotors

טורבינות Steam רוטורס בצמחים קונבנציונליים ואטומיים פועלים בטמפרטורות בינוניות (400-600 מעלות צלזיוס) אבל לחצים גבוהים וקטעי צלב גדולים. Rotors בדרך כלל מזויפים מ- Cr-Mo-V או NiCrMoV פלדהs. המיקרו-מיקרו-מיקרו-מזרחי הוא מפתח; עלייה בגודל החמצופים ה-microphotchus הקטן או ירידה בדחיסות המצופה מדימום.

גישה מודרנית לאופטימיזציה של מיקרו-הורי

מחזורי טיפול בחום מתקדמים

טיפולים חמים מותאמים יכולים לעכב את ההשפלה המיקרו-מבנהית.לדוגמה, תהליך של austenitization ומזג (MAT) עבור כיתה 92 פלדה כולל שלב מתקדם לנרמל כדי לפזר צלעות coarse ולקדם דינמיקה V עשיר MX precipitates.com-D.D.D.R.D.D.R.D.D.R.D. מאפשר סימולציה משולבת של טיפול מחזורי.FSTD.

עיצוב Alloy עם כלים Computational

(החומרים המקובלים מדע כיום מאפשרים עיצוב של מיקרו-מבנה מעקרונות ראשונים.מודלים של Machine Learning מאומן על מסדי נתונים של קרע חולפים יכולים לחזות את טווח הרכב האופטימלי עבור פלדות עמידות ב- Integrated Computational Materials Engineering (ICME) כלים כגון: RMO-Calcated עם קודים קינטיים (למשל TC-SPRI), סימולציה של מאות שעות לפני הספירה לאחור, כמו LT2, אשר שימשו ליציבות גבוהה של LT2, כמו LT.

עקבו אחרי Surface Engineering

מבנים משטח ניתן לשנות כדי להגן מפני חמצון וcorrosion. Diffusion ציפויים (למשל, אלומיניום, כרום) טופס שכבות intermetallic כי לפתח קומפקטית מגן בקנה מידה חמצני. אזור הציפוי בין ציפוי ו substrate חייב להיות מנוהל: ניקלalloys, alffusion מוגזם מוביל לשלב oxide (Ric) עם ציפוי Cide) עם ציפוי גבוה יותר (R) עם ציפוי CIRCK) עם ציפוי גבוה יותר של נוזל C.

טכניקות למיקרו-מבנה

אלקטרון מיקרוסקופיה (SEM/TEM)

סורק מיקרוסקופיה אלקטרונים (SEM) עם אנרגיה פיזור רנטגן ספקטרום (EDS) הוא סוס העבודה עבור הערכת התפלגות carbide, גודל דגנים, משטחים שברים. Backscattered אלקטרונים (BSE) הדמיה מגלה שלב בניגוד מספר אטומי של הבדלים.עבור nanoscale precipitates, מיקרוסקופ אלקטרונים (TEM) נדרש מודרני.

X-Ray Diffraction ו- Tomography

דיפרקציה רנטגן (XRD) משמשת לזיהוי שלב ולמידת נשמרת austenite, מתח ומרקם. s.Schrotron מבוסס XRD יכול לזהות שברים קטנים מאוד (<0.1%) X-ray קידוד tomography (XCT) מספק 3D של פורוזיות פנימית, סדקים, ותפוצה בדגימות בגודל של סנט-ד - בהבנתם עבור מקורות כישלונות מבוססי XCT נעשה שימוש יותר ויותר.

שיטות בדיקה

כדי לקשור את האבולוציה המיקרו-מבנהית עם תגובה מכנית, בבדיקה של SEM או סנכרון beamlines beamlines מגדול.קטן מצמרר או עייפות rigs יכול לצפות סדקים משטחים בגבולות דגנים או precipitates בזמן אמת. Neutron diffraction מציע מדידות מתח מרובים בתנאים תפעוליים; לדוגמה, FLT:0Oak Ridge המעבדה הלאומית של Foxy High Isotopeure מספקת טכניקות microreative (מפרק) ישירות לסגסוגת 1 (R) ל-S).

כיוונים עתידיים וחדשנות חומרית

ייצור גמיש של High-Temp Alloys

ייצור אדקטי (AM) מייצר מיקרו-מבנה רחוק מאיזון: מבנים סלולריים /dendritic משובחים עם precipitates בסדר, אבל גם פורוזיות והיסטוריה תרמית מורכבת.עבור ⁇ עתירי זמן גבוהים, AM מאפשר קירור מורכב קירור גיאוגרפית עבור להבים טורבינות כי הם בלתי אפשריים כדי להטיל.

מערכות ההרחבה High-Entropy Alloys and Refractory Systems

⁇ גבוהה-entropy (HEAs) מבוסס על אלמנטים השבויים (Nb, Mo, W, Ta) מפותחים עבור יישומים אולטרה-גבוהים-טמפרטורה מעבר 1200 מעלות צלזיוס. המבנים שלהם מורכבים משלבים של רזולוציה מוצקה וסגסוגת השאלה הבין-מסוגית (Laves, B2) אתגר גדול הוא מעל מערכות עמידות נמוכה חמצון ו-temperature של רבים של חלקיקים פתוחים.

מסקנה

הכישלון של ⁇ עתיריות גבוהות בדור כוח הוא תוצאה ישירה של התפתחות מיקרו-אורלית לאורך זמן. גודל גרנין, תכונות טרום-תייבשות, ושלבים משניים קובעים התנגדות לזחול, חמצון, עייפות, והתגלמות.באמצעות עיצוב ⁇ זהיר, טיפול חום מותאם אישית, והשימוש בציפוי הגנה, מהנדסים יכולים להאריך את חיי החיים אמינים של רכיבים מודרניים וחיזוי אפשרי כעת תכונות מכניות של התפתחותית גבוהה יותר.