عملیات حرارتی یک فرآیند محوری برای سوپریالی ها است ، متناسب با تقویت خصوصیات مکانیکی آنها-مانند استحکام ، مقاومت خزش ، دوام خستگی و پایداری ریزساختاری به ویژه در شرایط با درجه حرارت بالا و استرس بالا. روشهای خاص بر اساس ترکیب آلیاژ (نیکل ، مبتنی بر کبالت ، یا مبتنی بر آهن) و کاربرد مورد نظر آن متفاوت است ، اما تکنیک های کلیدی شامل موارد زیر است:
بازپخت راه حل
این مرحله شامل گرم کردن سوپریالی به دمای بالا (به طور معمول 900-1250 درجه ، بسته به آلیاژ) برای حل رسوبات بین فلزی (به عنوان مثال ، یا کاربیدها) و دستیابی به یک محلول جامد یکنواخت و همگن است. خنک کننده سریع (خاموش شدن در آب ، روغن یا هوای اجباری) به دنبال "یخ زدن" این ریزساختار است و از اصلاحات درشت جلوگیری می کند. بازپرداخت محلول باعث بهبود انعطاف پذیری می شود و آلیاژ را برای تقویت بعدی از طریق سخت شدن بارش آماده می کند. به عنوان مثال:
INCONEL 718 مبتنی بر نیکل در محلول در 980 درجه برای حل شدن "(NI₃NB) رسوب می شود و از یک ماتریس اشباع نشده اطمینان می دهد.
Haynes 25 مبتنی بر کبالت ، برای همگن سازی توزیع کروم و تنگستن ، در 1150 درجه سانتیگراد راه حل را درج می کند.
پیری (سخت شدن بارش)
پس از بازپرداخت محلول ، پیری شامل گرم کردن آلیاژ به دمای پایین تر (600-850 درجه) برای دوره های طولانی (از ساعت ها تا روز) برای القاء تشکیل رسوبات بین فلزی ریز و یکنواخت پراکنده است. این رسوبات (به عنوان مثال ، '-ni₃ (al ، ti) در آلیاژهای مبتنی بر نیکل یا مراحل گودال در برخی از آلیاژهای مبتنی بر کبالت) به عنوان موانعی برای حرکت دررفتگی عمل می کنند ، و قدرت چشمگیر را افزایش می دهند. بسیاری از Superalloys برای نتایج بهینه از پیری چند مرحله ای استفاده می کنند:
INCONEL 718 از یک روند پیری دو مرحله ای استفاده می کند: 720 درجه به مدت 8 ساعت (کوره ای به 620 درجه)+ 620 درجه به مدت 8 ساعت ، هوا خنک شده ، برای تشکیل رسوبات متراکم.
René 95 ، یک آلیاژ مبتنی بر نیکل با مقاومت بالا ، در سن 870 درجه به مدت 1 ساعت+ 650} به مدت 24 ساعت برای تعادل قدرت و مقاومت در برابر خزش است.
فشار ایزوستاتیک داغ (HIP)
HIP با استفاده از دمای بالا (تا 1200 درجه) و فشار زیاد (100-200 مگاپاسکال) در یک گاز بی اثر (به عنوان مثال آرگون) برای از بین بردن تخلخل داخلی ، خرد شدن حفره ها و ساختارهای همگن سازی. این امر به ویژه برای سوپر آلوهای ریخته گری یا پودر فلزی مانند CMSX-4 (یک آلیاژ تک کریستالی مبتنی بر نیکل) ، بهبود عمر خستگی و کاهش خرابی های مربوط به نقص در تیغه های توربین بسیار مهم است.
بازپرداخت تسکین استرس
این فرآیند پس از ماشینکاری ، جوشکاری یا تشکیل ، آلیاژ را تا 500-800 درجه گرم می کند تا فشارهای باقیمانده را بدون تغییر ریزساختار اولیه تسکین دهد. این امر از ترک خوردگی در حین خدمت جلوگیری می کند ، برای مؤلفه هایی مانند نازل موشک یا قطعات راکتور هسته ای ضروری است.
بهینه سازی اندازه دانه
تیمارهای حرارتی می توانند اندازه دانه را برای تعادل خاصیت کنترل کنند: دانه های ریز باعث افزایش مقاومت کششی با دمای پایین می شوند ، در حالی که دانه های درشت تر مقاومت خزش را در دماهای بالا بهبود می بخشند. به عنوان مثال:
دیسک های توربین (در معرض استرس چرخشی بالا) از سوپرالیوهای ریز دانه (به عنوان مثال ، Udimet 720) از طریق خنک کننده کنترل شده در طول بازپخت استفاده می کنند.
تیغه های توربین (در معرض گرمای شدید) اغلب برای به حداکثر رساندن مقاومت خزش از سوپر آلوهای درشت دانه یا تک کریستالی (به عنوان مثال ، PWA 1480) استفاده می کنند.
تعریف "قویترین" superalloy پیچیده است زیرا قدرت به متن بستگی دارد: دما ، نوع استرس (کششی ، خزش ، خستگی) و شرایط محیطی (خوردگی ، اکسیداسیون) همه نقش دارند. با این حال ، چندین Superalloys در سناریوهای خاص از قدرت استثنایی متمایز می شوند:
GRX-810
Superalloy مبتنی بر نیکل چاپی سه بعدی که توسط NASA ساخته شده است ، GRX-810 دارای قدرت و دوام فوق العاده ای است. این دو برابر بیشتر از ابرآلوهای مدرن چاپ شده سه بعدی (به عنوان مثال ، INCONEL 718) در دماهای بالا (درجه 1093 پوند) و بیش از 1000 برابر بیشتر در برابر خزش (تغییر شکل آهسته تحت استرس ثابت) قوی است. قدرت آن ناشی از ریزساختار منحصر به فرد از رسوبات و اکسیدهای نانو است و آن را برای وسایل نقلیه هیپرسونیک و موتورهای موشکی ایده آل می کند.
رنه 95
René 95 که یک سوپرالیوی مبتنی بر نیکل به طور گسترده در هوافضا مورد استفاده قرار می گیرد ، استحکام کششی استثنایی (حداکثر 1600 مگاپاسکال در دمای اتاق) و مقاومت در برابر خزش در دمای بالا دارد. قدرت آن از یک شبکه متراکم از رسوبات ناشی می شود و آن را به عنوان انتخاب برتر برای اجزای پر فشار مانند دیسک های توربین تبدیل می کند.
آلیاژ 718Plus
نسخه پیشرفته ای از Inconel 718 ، 718Plus جایگزین "رسوبات با مراحل پایدار" ، افزایش استحکام در دماهای بالاتر (تا 700 درجه) است. این مقاومت کششی را بیش از 1.300 MPa در حالی که مقاومت در برابر خزش را ارائه می دهد ، مناسب برای موتورهای توربین بنزین نسل بعدی حفظ می کند.
آلیاژهای مبتنی بر کبالت (به عنوان مثال ، هاینس 188)
در حالی که به طور کلی نسبت به آلیاژهای مبتنی بر نیکل در دمای اتاق کمتر قوی تر است ، سوپریالی های مبتنی بر کبالت مانند Haynes 188 در استحکام درجه حرارت بالا و مقاومت اکسیداسیون (تا 1100 درجه) برتری دارند. قدرت آنها از تقویت جامد توسط تنگستن و کروم حاصل می شود و آنها را برای محفظه های احتراق موتور جت بسیار مهم می کند.
GRX-810غالباً از نظر استحکام درجه حرارت بالا و مقاومت در برابر خزش به عنوان قویترین ذکر می شود ، در حالی که رنه 95 و 718plus در دمای اتاق و مقاومت کششی درجه حرارت متوسط حاکم است. برچسب "قوی ترین" در نهایت به معیارهای خاص عملکرد مورد نیاز بستگی دارد.
