ابر آلیاژ چیست – معرفی انواع سوپرآلیاژ و کاربرد آن‌ها

سوپر آلیاژ یا ابر آلیاژ، به آلیاژهایی با کارایی بالا، استحکام و پایداری سطح فوق‌العاده در دمای بالا اطلاق می‌شود. کلیدی‌ترین ویژگی آن‌ها، توانایی برای استفاده ایمن در کسر بالایی از نقطه ذوب خود (تا ۰.۸۵T­_m­­­) است. سوپر آلیاژها معمولا در دمای بالاتر از ۵۴۰ درجه سانتی‌گراد که آلیاژهای فولادی و تیتانیومی معمولی مقاومت خود را از دست می‌دهند، استفاده می‎‌شود. از طرفی، خوردگی فولاد نیز در این دما رایج است.
در دماهای بالا، ابرآلیاژها استحکام مکانیکی، مقاومت در برابر تغییر شکل خزش حرارتی، پایداری سطح و مقاومت به اکسیداسیون یا خوردگی را حفظ می‌کنند.
سوپر آلیاژها معمولا به صورت تک کریستال ساخته می‌شوند. علت این امر این است که مرز دانه‌ها اگرچه موجب استحکام می‌شود، مقاومت به خزش را کاهش می‌دهد.
در ادامه این مقاله از آیرومارت، درباره انواع ابر آلیاژ و کاربردهای آن‌ها بحث خواهیم کرد.

سوپرآلیاژ چیست؟

در ابتدای مقاله، بهتر است به سوال ابر آلیاژ چیست پاسخ دهیم. از ترکیب دو یا چند عنصر، آلیاژ ساخته می‌شود. حال آن‌که هر سوپرآلیاژ از ترکیب سه عنصر یا بیشتر تولید می‌گردد.

در حقیقت، ابر آلیاژها در دمای اتاق در مقایسه با آلیاژهای معمولی خواص متمایزی ندارند. خواص آن‌ها در دماهای بالا برجسته است. در دماهای کاربرد بالاتر، سوپرآلیاژها خواص مکانیکی بسیار خوبی از جمله استحکام، مقاومت به تخریب‌های سطحی چون خوردگی از خود نشان می‌دهند. حتی دیده شده که در دمای حدود ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد این فلزات خواص مکانیکی بسیار خوبی داشته‌اند.
به طور کلی، تناژ تولید و کاربرد سوپرآلیاژها به اندازه آلیاژهای معمولی بالا نیست. این فلزات، کم کاربرد و گران‌بها به شمار می‌روند.
اگر نگاهی به کاربردهای ابرآلیاژها بیندازیم، درخواهیم یافت که در سیستم‌هایی کاربرد دارند که بازده کارکرد آن‌ها با افزایش دما کاهش نمی‌یابد. از جمله این کاربردها می‌توان به توربین‌های گازی، توربین‌های بخار، موتورهای جت، موشک و نیروگاه هسته‌ای اشاره کرد.

ویژگی‌های انواع ابر آلیاژ

سوپر آلیاژها برای کاربرد در دمای بالا ساخته می‌شوند. به این معنا که باید خواص خود را در دمای بالا و نزدیک به نقطه ذوب حفظ کنند. بدین ترتیب در دماهای بالا سوپرآلیاژها می‌توانند استحکام، پایداری و مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون بالای خود را حفظ کنند.
ویژگی‌های سه دسته اصلی سوپر آلیاژها عبارت است از:

ابر آلیاژ نیکل

• استحکام بالا
• مقاومت حرارتی بالا
• مقاومت به خوردگی بالا
• قابلیت ماشین کاری
• ضریب انبساط حرارتی پایین

ابر آلیاژ کبالت

• نقطه ذوب بالاتر در مقایسه با آلیاژهای پایه نیکل یا آهن
• مقاومت در برابر خستگی حرارتی و جوش‌پذیری بالاتر در مقایسه با آلیاژهای پایه نیکل
• مقاومت بالا در برابر خوردگی داغ در مقایسه با آلیاژهای پایه نیکل یا آهن

ابر آلیاژ آهن

• استحکام بالا در دمای اتاق
• مقاومت بالا در برابر خزش، اکسیداسیون، خوردگی و سایش

انواع سوپر آلیاژها

سه گروه وجود دارند که به طور مشترک ابر آلیاژ نامیده می‎شوند. این سه گروه، با افزایش دما خواص خود را حفظ می‌کنند و به طور گسترده به عنوان موادی مناسب کاربردهای دما بالا شناخته می‌شوند.

سوپرآلیاژ پایه نیکل

بیش از ۵۰ درصد از وزن موتورهای هواپیماهای پیشرفته را ابر آلیاژ نیکل تشکیل می‌‌دهد. علت این کاربرد، مقاومت دما بالای این سوپر آلیاژ پیچیده است. در این نوع ابر آلیاژ، عنصر نیکل بیش از ۵۰ درصد وزنی را به خود اختصاص می‌دهد. خواص ویژه ابرآلیاژ پایه نیکلی با کمک نیکل و عناصر افزودنی چون کروم، کبالت، آهن، مولیبدن، تنگستن، آلومینیوم و تیتانیوم ایجاد می‌شوند.

فازهای ابر آلیاژ پایه نیکل شبکه ساختاری FCC دارند. فاز زمینه آستنیتی و FCC است که رسوب منسجم بین فلزی با فاز FCC در آن پراکنده شده است. استحکام بالا، خزش و مقاومت در برابر خوردگی در دماهای بالا مهم‌ترین ویژگی این آلیاژها به شمار می‌رود.
آلیاژ هستلوی، اینکولوی و آلیاژ مونل از جمله ابر آلیاژهای پایه نیکل به شمار می‌روند. آلیاژ اینکونل ۷۱۸ یکی از معروف‌ترین سوپرآلیاژهای نیکل است که در صنایع هوایی و توربین موتور کاربرد دارند.

سوپرآلیاژ پایه آهن – نیکل

این آلیاژها، مقاومت در برابر خزش و مقاومت به خوردگی مشابه سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل از خود نشان می‌دهند در حالی‌که هزینه تولید آن‌ها بسیار کمتر است. این آلیاژها برای پایداری فاز FCC به حداقل ۲۵ درصد نیکل نیاز دارد.
قیمت سوپرآلیاژ آهن – نیکل نسبت به دو گروه دیگر کمتر است و در نتیجه در دماهای پایین‌تر، کاربردهای تجاری بیشتری دارد.
فولاد داپلکس، به عنوان یکی از انواع ابر آلیاژ آهن شناخته می‌شود که در صنعت کاربرد دارد.

سوپرآلیاژ پایه کبالت

سوپر آلیاژهای پایه کبالت نسبت به دیگر انواع، جدیدترند. ابر آلیاژ کبالت زمینه‌ای آستنیتی با فاز FCC دارند که با محلول جامد تقویت می‌شوند و مقادیری کاربید در زمینه آن‌ها توزیع شده است.
در ساخت این نوع سوپر آلیاژ از عناصری چون ایریدیوم، آلومینیوم، تیتانیوم، تنگستن، کروم، کربن و تانتالیوم استفاده می‌شود و در مقایسه با آلیاژ پایه نیکل جوش‌پذیری و مقاومت به خستگی حرارتی بهتری دارند. به علاوه به دلیل داشتن کروم بالاتر، در دماهای بالا (۹۸۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد) مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارند. با این‌حال به اندازه سوپرآلیاژهای پایه نیکلی به صورت تجاری استفاده نمی‌شوند.

کاربرد سوپرآلیاژها

کاربرد ابر آلیاژ ها، عمدتا شامل اجزای هواپیما، تجهیزات کارخانه‌های شیمیایی و تجهیزات پتروشیمی است. برخی از این کاربردها عبارت است از:

• اجزای توربین گاز
• اجزای نیروگاه توربین‌های بخار
• قطعات در پزشکی
• ساخت تجهیزات دندان پزشکی
• قطعات خودرو
• تجهیزات و قطعات در هوا و فضا
• ساخت تجهیزات عملیات حرارتی
• دریچه‌های اگزوز

سخن نهایی

سوپرآلیاژها به واسطه ویژگی‌های خاص خود، در صنایع مختلفی وارد شده‌اند. این آلیاژها، در صنایعی کاربرد دارند که فلزات معمولی، قادر به وارد شدن به آن صنعت را ندارند. با توجه به کاربردهای خاص ابر آلیاژها، فناوری‌های تولید آن در چندین کشور در دسترس است و بسیاری از کشورها از تولید تامین‌کنندگان استفاده می‌کنند. در وبلاگ آیرومارت درباره انواع آلیاژ از جمله آلیاژهای آلومینیوم و … مطالب مفیدی برای شما قرار داده‌ایم. همچنین می‌توانید قیمت ورق آلیاژی و انواع مقاطع فولادی با آلیاژهای مختلف را از آیرومارت استعلام بگیرید.

در صورتی که شما برای فعالیت‌ خود نیاز به یکی از انواع ابر آلیاژ داشتید، جهت تامین کالای مورد نیاز خود می‌توانید با شماره تلفن ۰۲۱۴۵۳۰۶ تماس حاصل نمایید و از کارشناسان ما در آیرومارت کمک بگیرید.