تعريف وخصائص سبائك درجات الحرارة العالية

تعريف سبائك درجات الحرارة العالية

تشير سبائك درجات الحرارة العالية إلى نوع من المواد المعدنية المستندة إلى الحديد والنيكل والكوبالت التي يمكن أن تعمل عند درجات حرارة عالية تتجاوز 600 درجة مئوية وتحت ضغط معين لفترة طويلة؛ ولها قوة عالية عند درجات الحرارة العالية، وخصائص جيدة لمقاومة الأكسدة والتآكل، وأداء جيد في مقاومة التعب، وقوة كسر وغيرها من الخصائص الشاملة. تحتوي سبائك درجات الحرارة العالية على هيكل أوستنيتي أحادي ولها استقرار هيكلي جيد وموثوقية خدمة عند درجات حرارة مختلفة.

استنادًا إلى خصائص الأداء المذكورة أعلاه ودرجة السبائك العالية في سبائك درجات الحرارة العالية، تُسمى أيضًا 'سبائك فائقة' وهي مادة مهمة تُستخدم على نطاق واسع في الطيران والفضاء والنفط والصناعة الكيميائية والسفن. وفقًا لعناصر المصفوفة، تُقسم سبائك درجات الحرارة العالية إلى سبائك قائمة على الحديد، وسبائك قائمة على النيكل، وسبائك قائمة على الكوبالت وغيرها من سبائك درجات الحرارة العالية. يمكن أن تصل درجة حرارة الخدمة لسبائك درجات الحرارة العالية القائمة على الحديد عمومًا إلى 750~780 درجة مئوية فقط. بالنسبة للأجزاء المقاومة للحرارة المستخدمة في درجات حرارة أعلى، تُستخدم سبائك قائمة على النيكل والمعادن المقاومة للحرارة. تحتل سبائك درجات الحرارة العالية القائمة على النيكل مكانة مهمة بشكل خاص في المجال الكامل لسبائك درجات الحرارة العالية. تُستخدم على نطاق واسع في تصنيع أكثر المكونات سخونة في محركات الطائرات النفاثة ومختلف توربينات الغاز الصناعية.

خصائص سبائك درجات الحرارة العالية

تتسارع معدلات تدهور المواد المختلفة في البيئات ذات درجات الحرارة العالية. أثناء الاستخدام، من المحتمل حدوث عدم استقرار الأنسجة، تشوه ونمو الشقوق تحت تأثير الحرارة والضغط، والتآكل التأكسدي لسطح المادة.

1. مقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل

تعتمد مقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل وغيرها من خصائص سبائك درجات الحرارة العالية بشكل رئيسي على تركيبها الكيميائي وبنيتها التنظيمية. أخذ سبيكة GH4169 القائمة على النيكل كمثال، يمكن ملاحظة أن محتوى النيوبيوم في سبيكة GH4169 مرتفع، وأن تباين النيوبيوم في السبيكة مرتبط مباشرة بالعملية المعدنية. المصفوفة في GH4169 هي محلول صلب Ni-Gr، ويمكن تحمل الكتلة المئوية للنيكل التي تحتوي على أكثر من 50%. عند درجة حرارة عالية تبلغ حوالي 1000 درجة مئوية، تكون مشابهة للعلامة التجارية الأمريكية Inconel718. تتكون السبيكة من طور مصفوفة γ، وطور δ، وكربيد وطور تعزيز γ' وγ″. تُظهر العناصر الكيميائية وبنية المصفوفة لسبيكة GH4169 خصائصها الميكانيكية القوية. إن إجهاد الخضوع وإجهاد الشد أفضل بعدة مرات من الفولاذ 45، كما أن اللدونة أفضل أيضًا من الفولاذ 45. تسهم البنية الشبكية المستقرة وعدد كبير من عوامل التعزيز في خصائصها الميكانيكية الممتازة.

2. صعوبة المعالجة العالية

نظرًا لبيئة العمل المعقدة والقاسية، تلعب سلامة السطح المعالج للسبائك عالية الحرارة دورًا مهمًا جدًا في أدائها. ومع ذلك، فإن السبائك عالية الحرارة عادة ما تكون مواد صعبة التشغيل. لديها صلابة ميكروية عالية، وتصلب عمل شديد، ومقاومة عالية للإجهاد القصي، وموصلية حرارية منخفضة. قوة القطع ودرجة حرارة القطع في منطقة القطع مرتفعة، مما يحدث غالبًا أثناء المعالجة. جودة السطح المشغول منخفضة والأداة تتعرض للتلف الشديد. تحت ظروف القطع العادية، ستنتج الطبقة السطحية للسبائك عالية الحرارة مشاكل مفرطة مثل الطبقة المتصلبة، والإجهاد المتبقي، والطبقة البيضاء، والطبقة السوداء، وطبقة تشوه الحبيبات.