Et fremtrædende eksempel på en superlegering erInconel 718. En nikkelbaseret superlegering indeholder den ca. 52–55% nikkel, 17–21% krom, 4,75–5,5% niobium, 2,8–3,3% molybdæn og små mængder jern, titanium og aluminium. Inconel 718 fejres for sin ekstraordinære styrke på tværs af en bred temperaturområde-fra kryogene tilstande op til 650 grader (1.200 grader F) -og modstand mod krybning (langsom deformation under vedvarende stress) og korrosion. Det er vidt brugt i rumfartsanvendelser, såsom gasturbinedisker, klinger og raketmotorkomponenter, såvel som i olie- og gasboringsudstyr og atomreaktorer.
Superlegeringer er kategoriseret efter deres basiselement, hvor nikkelbaserede, koboltbaserede og jernbaserede legeringer er den mest almindelige. Her er de vigtigste typer og eksempler:
Nikkelbaserede superlegeringer: Den største og mest alsidige kategori, der er værdsat for høj temperaturstyrke og oxidationsmodstand.
Inconel -serier(f.eks. Inconel 600, 625, 718): brugt i rumfart, kemisk behandling og nukleare industrier.
Hastelloy -serien(f.eks. Hastelloy C-276): kendt for ekstrem korrosionsbestandighed i syrer og barske kemikalier.
Waspaloy: Brugt i gasturbinemotorer til sin krybemodstand ved 815 grader (1.500 grader F).
Cobalt-baserede superlegeringer: Excel i høj temperaturoxidation og slidstyrke, skønt de er dyrere.
Stellite -serie(f.eks. Stellite 6): Brugt til skæreværktøjer, ventilsæder og turbineblade.
Haynes 188: Modstandsdygtig over for oxidation op til 1.100 grad (2.012 grader F), der bruges i ovndele og rumfart.
Jernbaserede superlegeringer: Alternativer med lavere omkostninger med moderat ydelse med høj temperatur, der ofte indeholder nikkel og krom.
Legering 800/800h: Brugt i varmevekslere og industrielle ovne.
A-286: En nedbørshærdet legering til rumfartsfastgørelseselementer og turbinkomponenter.
Nikkel -superlegeringer udviser enestående styrke, især ved forhøjede temperaturer, som er deres definerende egenskab. Deres styrke måles ved egenskaber som trækstyrke, udbyttestyrke og krybe modstand:
Trækstyrke: Ved stuetemperatur varierer nikkel -superlegeringer typisk fra 800 MPa til over 1.600 MPa (116.000–232.000 psi). For eksempel:
Inconel 625: ~ 1.034 MPa (150.000 psi) ved stuetemperatur.
Inconel 718: ~ 1.240 MPa (180.000 psi), når den er behandlet.
Styrke med høj temperatur: I modsætning til de fleste metaller forbliver deres styrke høj ved ekstreme temperaturer. For eksempel:
Inconel 718 bevarer ~ 60% af sin room-temperatur trækstyrke ved 650 grader (1.200 grader F).
Waspaloy opretholder nyttig styrke op til 815 grader (1.500 grader F), hvilket gør det velegnet til turbineblade.
Krybe modstand: De modstår permanent deformation under langvarig stress ved høje temperaturer. F.eks. Kan Inconel 617 modstå 100.000 timers stress ved 850 grader (1.562 grad F) uden signifikant kryb.
Disse egenskaber opstår fra deres mikrostruktur, herunder styrkelse af fast opløsning (via elementer som chrom og molybdæn) og nedbørshærdning (via gamma-prime eller gamma-dobbelt-prime-faser, f.eks. Niobiumrige partikler i Inconel 718).
Nikkel-superlegeringer er kritiske i industrier, der kræver materialer til at udføre under ekstreme forhold, høje temperaturer, korrosion eller mekanisk stress. De vigtigste applikationer inkluderer:
Luftfart og luftfart:
Gasturbinemotorer: Turbineblad, diske, forbrændingskamre og udstødningssystemer (f.eks. Inconel 718 til turbinedisker, waspaloy for knive).
Raketmotorer: Komponenter udsat for høj varme og kemisk forbrænding (f.eks. Hastelloy for dyseskalder).
Energiproduktion:
Gas- og dampturbiner i kraftværker: dele som turbinrotorer og varmevekslere (f.eks. Legering 600 til dampturbinhus).
Atomreaktorer: brændstofklædning, varmevekslere og strukturelle komponenter (f.eks. Inconel 690, resistent over for stråling og korrosion).
Kemisk behandling:
Reaktorer, rør og ventiler, der håndterer ætsende kemikalier (f.eks. Hastelloy C-276 for svovlsyre- eller klormiljøer).
Marine og offshore:
Subsea olie- og gasudstyr: ventiler, pumper og boreværktøjer, der er resistente over for korrosion af havvand (f.eks. Inconel 625).
Automotive (højtydende):
Turboladere og udstødningssystemer i racing eller tunge køretøjer (f.eks. Inconel 625 for holdbarhed under høje udstødningstemperaturer).
Medicinsk udstyr:
Implantater (f.eks. Ortopædiske komponenter) på grund af biokompatibilitet og resistens over for kropslige væsker (nogle nikkel -superlegeringer, skønt nikkelallergi vedrører i nogle tilfælde).
Deres unikke kombination af styrke, korrosionsbestandighed og termisk stabilitet gør dem uerstattelige i disse høje stakes applikationer.
