Introducción a las aleaciones de alta temperatura

Las aleaciones de alta temperatura son un tipo de aleación que se utiliza en entornos de alta temperatura, estrés mecánico severo y oxidación y corrosión. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, las aleaciones de alta temperatura han formado gradualmente seis partes relativamente completas.

1. Aleación deformada de alta temperatura

La aleación deformada de alta temperatura significa que puede procesarse mediante deformación en caliente y en frío. El rango de temperatura de trabajo es de -253 ~ 1320 ℃, y tiene buenas propiedades mecánicas y resistencia integral, índice de tenacidad, un tipo de aleación con altas propiedades antioxidantes y anticorrosión. Según su proceso de tratamiento térmico, se puede dividir en aleación reforzada con solución sólida y aleación reforzada con envejecimiento.

1. Aleación reforzada con solución sólida

El rango de temperatura de servicio es de 900 ~ 1300 ℃ y la temperatura máxima de antioxidación alcanza los 1320 ℃. Por ejemplo, la aleación GH128 tiene una resistencia a la tracción de 850 MPa y un límite elástico de 350 MPa a temperatura ambiente; una resistencia a la tracción de 140 MPa y un alargamiento del 85 % a 1000 °C; una vida útil de 200 horas y un alargamiento del 40 %; 1000°C y tensión de 30MPa. Las aleaciones en solución sólida se utilizan generalmente para fabricar cámaras de combustión, carcasas y otros componentes de motores de aviación y aeroespaciales.

2. Aleación reforzada con el envejecimiento

La temperatura de funcionamiento es de -253~950 ℃ y generalmente se utiliza para fabricar piezas estructurales como discos de turbinas y palas de motores de aviación y aeroespaciales. . La temperatura de trabajo de la aleación utilizada para fabricar el disco de la turbina es de -253~700 ℃, y se requiere que tenga buena resistencia a altas y bajas temperaturas y a la fatiga. Por ejemplo: la aleación GH4169 tiene un límite elástico máximo de 1000 MPa a 650 °C; la temperatura de la aleación para fabricar hojas puede alcanzar los 950 °C. Por ejemplo: la aleación GH220 tiene una resistencia a la tracción de 490 MPa a 950 °C y una vida útil de más. de 40 horas a 940°C y 200MPa.

Las aleaciones deformadas a alta temperatura proporcionan principalmente piezas forjadas estructurales, tortas, anillos, barras, placas, tuberías, tiras y alambres para las industrias aeroespacial, de aviación, de energía nuclear y civil del petróleo.

2. Aleaciones fundidas de alta temperatura

Las aleaciones fundidas de alta temperatura se refieren a un tipo de aleaciones de alta temperatura que pueden o solo pueden formarse en piezas mediante métodos de fundición. Sus características principales son:

1. Tiene un rango de composición más amplio. Dado que no es necesario considerar su rendimiento en el procesamiento de deformación, el diseño de la aleación puede centrarse en optimizar su rendimiento. Por ejemplo, para aleaciones de alta temperatura a base de níquel, la composición se puede ajustar de modo que el contenido de γ' alcance el 60% o más, de modo que la aleación aún pueda mantener excelentes propiedades a temperaturas de hasta el 85% del punto de fusión de la aleación. aleación.

2. Tiene un campo de aplicación más amplio. Debido a las ventajas especiales del método de fundición, se pueden diseñar y fabricar aleaciones de alta temperatura con una forma casi neta o sin margen con cualquier estructura y forma complejas según. las necesidades de las piezas.

Según la temperatura de servicio de las aleaciones de fundición, se pueden dividir en las tres categorías siguientes:

Categoría 1: aleaciones de alta temperatura de fundición de cristal equiaxial utilizadas a -253 ~ 650 ℃ Tiene buenas propiedades integrales dentro de una amplia gama de temperaturas, especialmente a bajas temperaturas, donde tanto la resistencia como la plasticidad se mantienen sin deterioro. Por ejemplo, la aleación K4169, que se utiliza en grandes cantidades en motores de aviación y aeroespaciales, tiene una resistencia a la tracción de 1000 MPa a 650 °C, un límite elástico de 850 MPa y una plasticidad a la tracción del 15 % de la vida útil bajo una tensión de 620 MPa; 650°C son 200 horas. Se ha utilizado para fabricar carcasas de difusores en motores aeroespaciales y piezas estructurales complejas para diversas bombas en motores aeroespaciales.

Categoría 2: Aleaciones de alta temperatura fundidas con cristales equiaxiales utilizadas entre 650 y 950 ℃. Este tipo de aleación tiene altas propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión en caliente a altas temperaturas. Por ejemplo, la aleación K419 tiene una resistencia a la tracción superior a 700 MPa y una plasticidad a la tracción superior al 6 % a 950 °C; a 950 °C, el límite de resistencia máxima durante 200 horas es superior a 230 MPa; Este tipo de aleación es adecuado para su uso como álabes de turbinas de motores de aviones, álabes guía y turbinas fundidas integralmente.

Categoría III: aleaciones de alta temperatura de cristal monocristal y columna solidificadas direccionalmente utilizadas entre 950 y 1100 °C. Este tipo de aleación tiene excelentes propiedades integrales, resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión en caliente en este rango de temperaturas. Por ejemplo, la aleación monocristalina DD402 tiene una vida útil de más de 100 horas bajo una tensión de 1100°C y 130MPa. Este es el material para palas de turbina más popular utilizado en China y es adecuado para fabricar palas de turbina primarias para nuevos motores de alto rendimiento.

Con la mejora continua de la tecnología de fundición de precisión, también están surgiendo nuevos procesos especiales. La tecnología de fundición de grano fino, la tecnología de solidificación direccional y la tecnología CA para piezas estructurales complejas de paredes delgadas han mejorado enormemente el nivel de fundición de aleaciones de alta temperatura y su alcance de aplicación ha seguido aumentando.

3. Aleaciones de alta temperatura para pulvimetalurgia

Las aleaciones de alta temperatura se fabrican utilizando polvo de aleación atomizado de alta temperatura, prensado isostático en caliente o prensado isostático en caliente y luego forjado del producto en polvo. . Al utilizar el proceso de pulvimetalurgia, debido a las pequeñas partículas de polvo y la rápida velocidad de enfriamiento, la composición es uniforme, sin macrosegregación y los granos son pequeños, el rendimiento del procesamiento en caliente es bueno, la tasa de utilización del metal es alta y el costo es bajo. , especialmente se mejoran las propiedades de límite elástico y fatiga de la aleación.

La superaleación de pulvimetalurgia FGH95 tiene una resistencia a la tracción de 1500 MPa a 650 °C y una vida útil de más de 50 horas bajo tensión de 1034 MPa. Actualmente es la superaleación de pulvimetalurgia de placas de mayor resistencia en condiciones de trabajo de 650 °C. . Las aleaciones de alta temperatura de pulvimetalurgia pueden satisfacer los requisitos de motores con niveles de tensión más altos y son los materiales elegidos para componentes de alta temperatura como discos de turbina, discos de compresor y deflectores de turbina en motores con altas relaciones empuje-peso.

4. Aleación reforzada por dispersión de óxido (ODS)

Adopta un proceso de aleación mecánica (MA) único. Ultrafino (menos de 50 nm) tiene propiedades ultraestables a altas temperaturas. La fase de fortalecimiento de la dispersión de óxido se dispersa uniformemente en la matriz de la aleación para formar una aleación especial de alta temperatura. La resistencia de su aleación aún se puede mantener en condiciones cercanas al punto de fusión de la propia aleación y tiene excelentes propiedades de fluencia a alta temperatura, resistencia superior a la oxidación a alta temperatura y resistencia a la corrosión por carbono y azufre.

Actualmente hay tres tipos principales de aleaciones ODS que se han producido comercialmente:

La aleación MA956 se puede utilizar a temperaturas de hasta 1350 °C en una atmósfera oxidante. las aleaciones de mayor temperatura en términos de resistencia a la oxidación, al carbono y al azufre. Primer lugar en corrosión. Puede utilizarse para revestir la cámara de combustión de motores de aviones.

La aleación MA754 se puede utilizar a temperaturas de hasta 1250 °C en una atmósfera oxidante y mantiene una resistencia a altas temperaturas muy alta y resistencia a la corrosión del vidrio medio alcalino. Ahora se utiliza para fabricar anillos de engranajes guía y palas guía para motores de aviones.

La aleación MA6000 tiene una resistencia a la tracción de 222 MPa y un límite elástico de 192 MPa a 1100 ℃ a 1100 ℃, la resistencia duradera durante 1000 horas es de 127 MPa, ocupando el primer lugar entre las aleaciones de alta temperatura y puede usarse para palas de motores de avión.

5. Materiales compuestos intermetálicos de alta temperatura

Los materiales compuestos intermetálicos de alta temperatura son un tipo de materiales de alta temperatura específicos para la luz que han sido investigados y desarrollados recientemente y tienen una aplicación importante. perspectivas. Durante la última década, la investigación básica sobre compuestos intermetálicos, diseño de aleaciones, desarrollo de procesos e investigación de aplicaciones ha madurado, especialmente en la tecnología de preparación y procesamiento, endurecimiento y refuerzo mecánico de materiales de las series Ti-Al, Ni-Al y Fe-Al. Las propiedades y la investigación de aplicaciones han logrado logros notables.

La aleación a base de Ti3Al (TAC-1), la aleación a base de TiAl (TAC-2) y la aleación a base de Ti2AlNb tienen baja densidad (3,8 ~ 5,8 g/cm3), alta temperatura y alta resistencia, alta La resistencia del acero y las excelentes ventajas antioxidantes, antideslizamiento y otras ventajas pueden reducir el peso de las piezas estructurales entre un 35 y un 50%. La aleación a base de Ni3Al, MX-246, tiene buena resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste y resistencia a la cavitación, lo que muestra excelentes perspectivas de aplicación. La aleación a base de Fe3Al tiene buena resistencia a la oxidación y la corrosión, alta resistencia a temperaturas medias (menos de 600 °C) y bajo costo. Es un material nuevo que puede reemplazar parcialmente al acero inoxidable.

6. Aleaciones ambientales de alta temperatura

En muchos campos de la industria civil, los materiales componentes en servicio se encuentran en ambientes corrosivos de alta temperatura. Para satisfacer las necesidades del mercado, se clasifican una serie de aleaciones de alta temperatura según el entorno de uso del material.

1. Serie de aleaciones maestras de aleación de alta temperatura

2. Placas, varillas, alambres, tiras, tubos y piezas forjadas de aleación de alta temperatura resistentes a la corrosión

3. Varillas de aleación, alambres para resortes, alambres de soldadura, placas, tiras y piezas forjadas de alta resistencia y resistentes a la corrosión y a altas temperaturas

4. Productos de serie de vidrio resistentes a la corrosión

5. Resistencia a la corrosión ambiental, resistencia al desgaste de superficies duras y series de aleaciones a altas temperaturas

6. Piezas especiales de fundición de precisión (álabes, turbinas sobrealimentadoras, rotores de turbinas, guías, juntas de instrumentos)

7. Centrífugas , ejes de alta temperatura y accesorios 8. Almohadillas y rieles deslizantes resistentes al calor de aleación a base de cobalto para hornos de calentamiento de palanquilla

9. Anillos de asiento de válvula

10. Fundición en "U" - bandas de resistencia con forma

11. Serie de tubos de fundición centrífuga

12. Productos de la serie de nanomateriales

13. Gravedad específica ligera y materiales estructurales de alta temperatura

14. Materiales funcionales (aleaciones expandidas, aleaciones de alta temperatura y alta elasticidad, series de aleaciones de elasticidad constante)

15. Productos de la serie de materiales biomédicos

16. Productos de la serie de materiales objetivo para electrónica ingeniería

17. Productos de la serie de boquillas para plantas de energía

18. Láminas resistentes al desgaste de aleación de estelita

19. Rodillos de horno de corrosión antioxidante a temperatura ultra alta y tubos radiantes.