سوپر آلیاژها

سوپرآلیاژ ها مقاومت خوبی در برابر خوردگی، خستگی حرارتی و مکانیکی، شوک مکانیکی و حرارتی، خزش و سایش در دمای بالا دارند.

در قطعات داخلی موتورها، موتور های موشک، ابزار آلات و قالب هایی که در دمای بالا کار میکنند و همچنین در صنایع شیمیایی و فوتوشیمیایی بسیار کاربرد دارند.

در این آلیاژ ها از آهن ، نیکل و روی به عنوان فلز پایه استفاده میشود و فلزاتی از قبیل نیکل، کروم ، کبالت و مولیبدن به عنوان ترکیبات عمده به آنها اضافه میشود. اغلب سوپرآلیاژ ها دارای حداکثر دمای کاری ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد هستند که برای ساخت یاتاقان ها استفاده میشوند.

سوپرآلیاژ با فلز پایه آهن از ۳۲ تا ۶۷ درصد آهن، ۱۵ تا ۲۲ درصد کروم و ۹ تا ۳۸ درصد نیکل تشکیل شده است.

سوپرآلیاژ با فلز پایه کبالت عمدتا از ۳۵ تا ۶۵ درصد کبالت و ۱۹ تا ۳۰ درصد کروم و حداکثر ۳۰ درصد نیکل تشکیل شده است. این نوع از سوپرآلیاژ شباهت ظاهری زیادی با سوپرآلیاژ با فلز پایه نیکل دارد اما به اندازه آن استحکام حرارتی ندارد.

سوپرآلیاژ با فلز پایه نیکل در قطعات بسیار زیادی استفاده میشود و پرکاربرد است. این سوپرآلیاژ از ۳۸ تا ۷۶ درصد نیکل، حدود ۲۷ درصد کروم و ۲۰ درصد کبالت تشکیل شده است. این گروه از سوپرآلیاژها به سری های اینکونل، هاستلوی، رنه، نیمونیک، آسترولوی و واسپالوی تقسیم بندی میشود.

سوپرآلیاژ به آلیاژهای فلزی اطلاق می­شود که می­توانند در دماهای بالا، اغلب در بالای ۷/۰ دمای ذوب مطلق استفاده شوند. مقاومت خزشی و اکسیداسیون معیار اولیه­ی طراحی می­باشند. سوپرآلیاژها بر پایه­ی آهن، نیکل و کبالت می­باشند.

استحکام مکانیکی عالی، مقاومت به تغییرشکل خمشی گرمایی، پایداری سطحی خوب، مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون از ویژگی­های بارز سوپرآلیاژها می­باشند. Hastelloy, Inconel, Waspaloy, Rene alloys, Haynes alloys, Incoloy, MP98T, TMS alloys, و آلیاژهای تک کریستال CMSX جزو سوپرآلیاژها می­باشند.

سوپرآلیازهای پایه اهن ارزان­تر از گریدهای پایه کبالت یا پایه نیکل می­باشند؛ آلیاژهایی که می­توانند با نوع مارتنزیتی دگرگونی استحکام پیدا می­کنند، آلیاژهایی که آستنیتی هستند و با سلسله­ای از کار سرد و گرم (معمولا فورج در دمای ۲۰۰۰ تا ۲۱۰۰ فارنهایت که پس از آن پرداخت سطح در ۱۲۰۰ تا ۱۶۰۰ فارنهایت انجام می­شود) استحکام پیدا می­کنند، و آلیاژهای آستنیتی که با سخت­سازی رسوبی استحکام پیدا می­کنند.

برخی از متالورژها فقط آخرین گروه را جزو سوپرآلیاژها در نظر می­گیرند و بقیه را به عنوان آلیاژهای دمابالا، استحکام بالا دسته بندی می­کنند. در کل، انواع مارتنزیتی در دماهای زیر ۱۰۰۰ درجه فارنهایت استفاده می­شوند و انواع آستنیتی بالای ۱۰۰۰ درجه فارنهایت.

سری AISI 600 سوپرآلیاژها شامل شش کلاس فرعی آلیاژهای پایه آهن می­باشد:

• ۶۰۱ through 604  استیل مارتنزیتی کم کربن.
• ۶۱۰ through 613  استیل سخت کاری ثانویه مارتنزیتی.
• ۶۱۴ through 619  استیل کروم مارتنزیتی.
• ۶۳۰ through 635  استنلس استیل­های سخت کاری رسوبی شبه آستنیتی و مارتنزیتی.
•  ۶۵۰ through 653  استیل آستنیتی استحکام یافته با کار سرد/داغ
•  ۶۶۰ through 665  سوپر آلیاژهای آستنیتی، همه­ی گریدها به جز ۶۶۱ بواسطه­ی رسوب فاز ثانویه استحکام یافته­اند

مشخصات سوپرآلیاژهای پایه آهن مقاومت به خزش، اکسیداسیون، خوردگی و سایش و استحکام در دمای اتاق و همچنین دمای بالا می­باشد. مقاومت سایشی با مقدار کربن افزایش می­یابد. استیل کروم مارتنزیتی، علی­الخصوص آلیاژ ۶۱۶ برای تیغه­های توربین بخار استفاده می­شوند. ماشینکاری آلیاژهای آستنیتی سختتر از انواع مارتنزیتی است که در حالت آنیل شده به بهترین نحو ماشینکاری می­شوند. آلیاژهای آستنیتی معمولا در وضعیتی که تحت عملیات انحلال قرار گرفته است بعد از اینکه نسبتا پیرسازی یا کاملا سختکاری می­شود، چسبنده است.

حساسیت ترک موجب می­شود که جوشکاری بیشتر استیل­های مارتنزیتی توسط روش­های مرسوم جوشکاری مشکل باشد. این آلیاژها باید پیش از جوشکاری تحت عملیات آنیل یا تمپر قرار بگیرند، حتی عملیات حرارت دهی پیش و پس از ان نیز توصیه می­شود. جوشکاری خواص مکانیکی آلیاژهایی که برای استحکام به کار سرد/گرم وابسته می­باشند را کم می­کند.همه­ی استیل­های کم آلیاژ …

آلیاژهای پایه نیکل می­توانند یا با حلالیت جامد یا با رسوب دهی استحکام بخشی شوند. آلیاژهایی که با حلالیت جامد استحکام بخشی شده اند، مانند Hasteloy X در کاربردهایی که استحکام متوسط مورد نیاز است به کار می­روند. در کاربردهایی مانند بخش های داغ موتورهای توربین گاز، آلیاژی که توسط رسوب استحکام بخشی شده مورد نیاز است. بیشترین آلیاژهای پایه نیکل حاوی %۲۰-۱۰ Cr، بالای %۸ Al و Ti، %۱۰-۵ Co  و مقادیر کمی B، Zr و C است. عناصر اضافه شده ی رایج دیگر Mo، W، Ta، Hf و Nb می باشند.