دپارتمان پره توربین

سوپر آلیاژها
سوپر آلیاژ یا ابر آلیاژ (Superalloy) آلیاژِی است که توانایی کار در کسری بالا از نقطه ذوب خود را دارد. عنصر پایه سوپر آلیازها معمولا نیکل-کبالت یا آهن- نیکل است. ویژگی مهم سوپرآلیاژها، استحکام مناسب در دمای بالا، مقاومت به خوردگی و اکسایش و مقاومت در برابر خزش است.

آلیاژهای نیکل
استفاده از آلیاژهای نیکل در صنعت برای اولین بار در اوایل قرن بیستم میلادی مورد توجه قرار گرفت. علت اصلی آن مقاومت به اکسایش عالی این گروه از آلیاژها بود. پس از آن بهینه سازی آلیاژهای پایه نیکل از دومنظر مورد توجه قرار گرفت:

📌بهبود مقاومت به سایش و رفتار خوردگی

📌افزایش و حفظ استحکام در دمای بالا

آلیاژهای مقاوم به اکسیداسیون و خوردگی پایه نیکل

این آلیاژها از جمله اولین آلیاژهای پایه نیکل بوده و بیشتر به منظور مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون در دمای بالا تولید شده اند. مثالی از کاربرد های این آلیاژها، استفاده در ساخت المنت های حرارتی مورداستفاده در کوره ها، محفظه احتراق و لوله های اگزوز می باشد. آلیاژ با ترکیب ۸۰ درصدنیکل و ۲۰درصدکرم جزو موارد ابتدایی این گروه از آلیاژها بوده (برایت ری) که باافزودن سیلیسیم و آلومینیوم برای بهبود مقاومت به اکسیداسیون و مقادیر کمیسریم و زیرکونیم به منظور افزایش چسبندگی قشر اکسید سطحی به مرور بهینه سازی شدند. این اقدامات حداکثر دمای کاری آنها را از ۹۵۰ در جه سانتیگراد به ۱۲۵۰ درجه در برایت وی ارتقا داد به گونه ای که آنهارا برای کاربردهای صنعتی مناسب نمود.

به طور کلی عناصر افزودنی به سوپرآلیاژهای نیکل عبارتند از: کروم، آهن، کبالت، مولیبدن،تنگستن، آلومینیم، تیتانیم، زیرکونیم، ایتریم، وانادیم و کربن است. تاثیر عناصر آلیاژی در بالا بردن مقاومت و استحکام این آلیاژها مربوط می شود به اثراتی که این عناصر بر کند کردن حرکت نابجایی ها (Dislocation) در ساختار کریستالی است. بدین منظور در سوپر آلیاژهای پایه نیکلی وجود یک فاز بین فلزی به نام گاما پرایم غالبا به کمک آلومینیم و تیتانیم ایجاد می شود. همچنین برای بهبود مقاومت به اکسایش، عناصر آلومینیم، کروم، بور و ایتریم به این آلیاژها افزوده می شود.

آلومینیم و کروم سبب ایجاد یک لایه اکسیدی محافظ (Passive ) روی سطح شده و بور و ایتریم سبب پخش شدن یکنواخت این لایه در تمامی سطح می گردد.

همزمان با آلیاژهای برایت ری، تعدادی از آلیاژهای جدید مقاوم به خوردگی نیز ازجمله اینکونل 600 و 601، نایمونیک 75 و اینکونلوی DS نیز برای کاربردهای صنعتی در شرایط تحت محیط های اکسیدکننده ساخته شدند.

سوپر آلیاژهای نیکل
توسعه تدریجی توربین های گازی هوایی و صنعتی، بیش از هر ماده دیگری، مدیون آلیاژهای موسوم به سوپر آلیاژهای نیکل است. علت توجه خاص به سوپر آلیاژهای نیکل تامین کردن هم زمان مقاومت در برابر اکسیداسیون همراه استحکام مناسب در دمای بالا است. مکانیزم استحکام بخشی به سوپر آلیاژها، استفاده از تکنیک سخت کاری رسوبی است. اینکونل 600 و نایمونیک 75 (80Ni20Cr0.4Ti ) در چند راهه های اگزوز موتور های پیستونی هواپیما و خودرو های مسابقه ای مورد استفاده قرار گرفته اند.همچنین نایمونیک 80 و 90 نیز برای ساخت سوپاپ های دود موتور های پیستونی مورد استفاده قرار گرفته اند. نایمونیک 90 برای ساخت فنرهای دما بالا نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

فرآیند های ساخت
نکته دیگری که در خواص، عمرو دوام سوپر آلیاژهای نیکل از اهمیت ویژه ای برخوردار است، روش ساخت این نوع آلیاژهاست. یکی از روشهای رایج برای ساخت آنها آهنگری می باشد که البته با افزایش استحکام پیچیدگی قطعه مثلادر نایمونیک ۱۱۵ و یودی مت ۷۰۰ استفاده از آهنگری با چالشهایی روبرو است. لذا روش ریخته گری دقیق می تواند مورد استفاده قرار گیرد. بالا بودن میزان آلومینیم و تیتانیوم در سوپر آلیاژهای نیکل، استفاده از اتمسفر خلادر ریخته گری را اجتناب ناپذیرساخت.