Bahan apa yang merupakan paduan suhu tinggi? Apa yang terutama termasuk dalam bahan paduan suhu tinggi?
Paduan suhu tinggi adalah jenis paduan yang digunakan pada suhu tinggi, tekanan mekanis yang parah, serta lingkungan oksidasi dan korosi. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, paduan suhu tinggi secara bertahap membentuk enam bagian yang relatif lengkap.
1. Paduan suhu tinggi yang cacat
Paduan suhu tinggi terdeformasi mengacu pada jenis paduan yang dapat diproses dengan deformasi panas dan dingin, memiliki kisaran suhu pengoperasian -253 ~ 1320 derajat, memiliki sifat mekanik yang baik, indikator kekuatan dan ketangguhan yang komprehensif, dan memiliki tinggi sifat anti-oksidasi dan anti-korosi. Menurut proses perlakuan panasnya, paduan ini dapat dibagi menjadi paduan yang diperkuat larutan padat dan paduan yang diperkuat usia.
1. Paduan yang diperkuat larutan padat
Kisaran suhu pengoperasian adalah 900~1300 derajat, dan suhu anti-oksidasi maksimum mencapai 1320 derajat. Misalnya, paduan GH128 memiliki kekuatan tarik 850MPa dan kekuatan luluh 350MPa pada suhu kamar; kekuatan tarik 140MPa dan perpanjangan 85% pada 1000 derajat; masa pakai yang tahan lama 200 jam dan perpanjangan 40% pada 1000 derajat dan tegangan 30MPa. Paduan larutan padat umumnya digunakan untuk membuat ruang bakar mesin penerbangan dan ruang angkasa, casing dan komponen lainnya.
2. Paduan yang diperkuat penuaan
Suhu pengoperasiannya adalah -253~950 derajat , dan umumnya digunakan untuk membuat bagian struktural seperti cakram turbin dan bilah untuk mesin penerbangan dan ruang angkasa. Paduan yang digunakan untuk membuat cakram turbin memiliki suhu kerja -253~700 derajat dan harus memiliki kekuatan suhu tinggi dan rendah serta ketahanan lelah yang baik. Misalnya: paduan GH4169 memiliki kekuatan luluh maksimum 1000MPa pada 650 derajat; suhu paduan untuk membuat bilah bisa mencapai 950 derajat. Misalnya: paduan GH220 memiliki kekuatan tarik 490MPa pada 950 derajat dan masa pakai lebih dari 40 jam pada 940 derajat dan 200MPa.
Superalloy yang terdeformasi terutama menyediakan tempa struktural, kue, cincin, batangan, pelat, pipa, strip dan kabel untuk industri sipil dirgantara, penerbangan, energi nuklir, dan perminyakan.
2. Pengecoran paduan suhu tinggi
Paduan suhu tinggi cor mengacu pada jenis paduan suhu tinggi yang dapat atau hanya dapat dibentuk dengan metode pengecoran. Fitur utamanya adalah:
1. Mempunyai rentang komposisi yang lebih luas. Karena tidak perlu mempertimbangkan kinerja pemrosesan deformasinya, desain paduan dapat fokus pada optimalisasi kinerjanya. Misalnya, untuk paduan suhu tinggi berbahan dasar nikel, komposisinya dapat diatur sehingga kandungannya mencapai 60% atau lebih tinggi, sehingga paduan tersebut tetap dapat mempertahankan sifat unggul pada suhu hingga 85% titik leleh paduan. .
2. Memiliki bidang penerapan yang lebih luas. Karena keunggulan khusus dari metode pengecoran, coran paduan suhu tinggi dengan bentuk hampir bersih atau tanpa margin dapat dirancang dan diproduksi dengan struktur dan bentuk kompleks apa pun sesuai dengan kebutuhan penggunaan suku cadang.
Menurut suhu layanan pengecoran paduan, mereka dapat dibagi menjadi tiga kategori berikut:
Kategori 1: Paduan suhu tinggi cor kristal equiaxed yang digunakan pada -253~650 derajat. Jenis paduan ini memiliki sifat komprehensif yang baik pada rentang temperatur yang luas, terutama pada temperatur rendah, dimana kekuatan dan plastisitas dipertahankan tanpa degradasi. Misalnya, paduan K4169, yang digunakan dalam jumlah besar pada mesin penerbangan dan ruang angkasa, memiliki kekuatan tarik 1000MPa pada 650 derajat, kekuatan luluh 850MPa, dan plastisitas tarik 15%; umur ketahanan di bawah tekanan 620MPa pada 650 derajat adalah 200 jam. Telah digunakan untuk membuat selubung diffuser pada mesin dirgantara dan bagian struktural kompleks untuk berbagai pompa di mesin dirgantara.
Kategori 2: Paduan suhu tinggi cor kristal equiaxed yang digunakan pada 650 hingga 950 derajat. Paduan jenis ini memiliki sifat mekanik yang tinggi dan ketahanan terhadap korosi panas pada suhu tinggi. Misalnya, paduan K419 memiliki kekuatan tarik lebih besar dari 700MPa dan plastisitas tarik lebih besar dari 6% pada 950 derajat; pada 950 derajat, batas kekuatan pamungkas selama 200 jam lebih besar dari 230MPa. Jenis paduan ini cocok digunakan sebagai bilah turbin mesin pesawat terbang, baling-baling pemandu, dan turbin cor integral.
Kategori III: Kristal kolumnar yang dipadatkan secara terarah dan paduan suhu tinggi kristal tunggal yang digunakan pada derajat 950-1100 . Jenis paduan ini memiliki sifat komprehensif yang sangat baik dan sifat anti-oksidasi dan anti-korosi panas pada kisaran suhu ini. Misalnya, paduan kristal tunggal DD402 memiliki masa pakai lebih dari 100 jam di bawah tekanan 1100 derajat dan 130MPa. Ini adalah bahan bilah turbin terpanas yang digunakan di Tiongkok dan cocok untuk membuat bilah turbin tahap pertama untuk mesin baru berperforma tinggi.
Dengan peningkatan berkelanjutan dalam teknologi pengecoran presisi, proses khusus baru juga terus bermunculan. Teknologi pengecoran butiran halus, teknologi pemadatan terarah, dan teknologi CA untuk bagian struktural berdinding tipis yang kompleks telah sangat meningkatkan tingkat pengecoran paduan suhu tinggi dan cakupan penerapannya terus meningkat.
3. Metalurgi serbuk paduan suhu tinggi
Produk bubuk paduan suhu tinggi diproduksi dengan menggunakan bubuk paduan suhu tinggi yang dikabutkan, pengepresan isostatik panas atau pengepresan isostatik panas dan kemudian ditempa. Menggunakan proses metalurgi serbuk, karena partikel serbuknya kecil dan kecepatan pendinginannya cepat, komposisinya seragam, tidak ada segregasi makro, dan butirannya kecil, kinerja pemrosesan panasnya bagus, tingkat pemanfaatan logamnya tinggi, dan biayanya rendah. , terutama kekuatan luluh dan sifat lelah dari paduan ditingkatkan. Peningkatan besar.
Superalloy metalurgi serbuk FGH95 memiliki kekuatan tarik 1500MPa pada 650 derajat dan umur tahan lama lebih dari 50 jam di bawah tekanan 1034MPa. Saat ini merupakan superalloy metalurgi serbuk pelat kekuatan tertinggi di bawah kondisi kerja 650 derajat. Paduan suhu tinggi metalurgi serbuk dapat memenuhi persyaratan mesin dengan tingkat tegangan lebih tinggi dan merupakan bahan pilihan untuk komponen suhu tinggi seperti cakram turbin, cakram kompresor, dan baffle turbin pada mesin dengan rasio dorong terhadap berat yang tinggi.
4. Paduan penguatan dispersi oksida (ODS).
Ini adalah paduan suhu tinggi khusus yang dibentuk dengan menggunakan proses paduan mekanis (MA) yang unik. Fase penguatan dispersi oksida ultra-halus (kurang dari 50 nm) yang sangat stabil pada suhu tinggi tersebar secara merata dalam matriks paduan. Kekuatan paduannya masih dapat dipertahankan dalam kondisi yang dekat dengan titik leleh paduan itu sendiri, dan memiliki sifat mulur suhu tinggi yang sangat baik, ketahanan oksidasi suhu tinggi yang unggul, ketahanan terhadap korosi karbon dan belerang.
Saat ini ada tiga jenis utama paduan ODS yang telah diproduksi secara komersial:
Paduan MA956 dapat digunakan pada suhu hingga 1350 derajat dalam atmosfer pengoksidasi, menempati peringkat pertama di antara paduan suhu tinggi dalam hal ketahanan terhadap oksidasi, korosi karbon dan belerang. Dapat digunakan untuk melapisi ruang bakar mesin pesawat.
Paduan MA754 dapat digunakan pada suhu hingga 1250 derajat dalam atmosfer pengoksidasi dan mempertahankan kekuatan suhu tinggi dan ketahanan terhadap korosi kaca alkali sedang. Sekarang digunakan untuk membuat cincin roda gigi pemandu mesin aero dan bilah pemandu.
Paduan MA6000 memiliki kekuatan tarik 222MPa dan kekuatan luluh 192MPa pada 1100 derajat; kekuatan ketahanan 1000-jam pada 1100 derajat adalah 127MPa, peringkat pertama di antara paduan suhu tinggi dan dapat digunakan pada bilah mesin dirgantara.
5. Senyawa intermetalik bahan bersuhu tinggi
Bahan suhu tinggi intermetalik adalah jenis bahan suhu tinggi spesifik cahaya dengan prospek aplikasi penting yang baru-baru ini diteliti dan dikembangkan. Selama lebih dari sepuluh tahun, penelitian dasar tentang senyawa intermetalik, desain paduan, pengembangan proses dan penelitian aplikasi telah matang, terutama dalam teknologi persiapan dan pemrosesan, pengerasan dan penguatan material seri Ti-Al, Ni-Al dan Fe-Al. , sifat mekanik dan penelitian aplikasi telah mencapai prestasi luar biasa.
Paduan berbasis Ti3Al (TAC-1), paduan berbasis TiAl (TAC-2) dan paduan berbasis Ti2AlNb memiliki kepadatan rendah (3,8~5,8g/cm3), suhu tinggi dan kekuatan tinggi, baja tinggi dan ketahanan oksidasi dan ketahanan mulur yang sangat baik. Keuntungan: Dapat mengurangi berat bagian struktural sebesar 35 hingga 50%. Paduan berbasis Ni3Al, MX-246 memiliki ketahanan terhadap korosi, ketahanan aus, dan ketahanan kavitasi yang baik, sehingga menunjukkan prospek aplikasi yang sangat baik. Paduan berbahan dasar Fe3Al memiliki ketahanan oksidasi dan korosi yang baik, kekuatan tinggi pada suhu sedang (kurang dari 600 derajat), dan biaya rendah. Ini adalah material baru yang sebagian dapat menggantikan baja tahan karat.
