Varmebehandling er en central proces for superlegeringer, der er skræddersyet til at forbedre deres mekaniske egenskaber-som styrke, krybningsmodstand, træthedsholdbarhed og mikrostrukturel stabilitetsartikel under ekstrem høje temperatur og højspændingsbetingelser. De specifikke procedurer varierer baseret på legeringens sammensætning (nikkelbaseret, koboltbaseret eller jernbaseret) og dens tilsigtede anvendelse, men nøgleteknikker inkluderer:
Løsningsglødning
Dette trin involverer opvarmning af superlegeringen til en høj temperatur (typisk 900-1250 grad, afhængigt af legeringen) for at opløse intermetalliske bundfald (f.eks. 'Eller carbider) og opnå en ensartet, homogen fast opløsning. Hurtig køling (slukning i vand, olie eller tvungen luft) følger for at "fryse" denne mikrostruktur og forhindre grove bundfald i at reformere. Løsning af annealing forbedrer duktiliteten og forbereder legeringen til efterfølgende styrkelse via nedbørshærdning. For eksempel:
Nikkelbaseret Inconel 718 er opløsnings-annealet ved ~ 980 grad for at opløse "(Ni₃nb) udfælder, hvilket sikrer en overmættet matrix.
Den koboltbaserede Haynes 25 gennemgår opløsningsudglødning ved ~ 1150 grad for at homogenisere dens krom- og wolframfordeling.
Aldring (nedbørshærdning)
Efter opløsningsinnealing involverer aldring opvarmning af legeringen til en lavere temperatur (600–850 grad) i længere perioder (fra timer til dage) for at inducere dannelsen af fine, jævnt spredte intermetalliske bundfald. Disse bundfald (f.eks. '-Ni₃ (Al, Ti) i nikkelbaserede legeringer eller lavfaser i nogle koboltbaserede legeringer) fungerer som barrierer for dislokationsbevægelse, hvilket drastisk øger styrke. Mange superlegeringer bruger aldring med flere trin for optimale resultater:
Inconel 718 bruger en totrins aldringsproces: 720 grad i 8 timer (ovnkølet til 620 grad) + 620 grad i 8 timer, luftkølet, til at danne tætte "bundfald.
René 95, en nikkelbaseret legering med høj styrke, er i alderen 870 grader i 1 time + 650 grad i 24 timer for at balancere styrke og krybe modstand.
Hot Isostatic Pressing (hofte)
HIP kombinerer høj temperatur (op til 1200 grader) og højt tryk (100-200 MPa) i en inert gas (f.eks. Argon) for at eliminere intern porøsitet, krympe hulrum og homogenisere mikrostrukturer. Det er især kritisk for støbt eller pulvermetallurgi-superlegeringer, såsom CMSX-4 (en enkelt-krystal nikkelbaseret legering), hvilket forbedrer træthedslivet og reducerer defektrelaterede fejl i turbineblade.
Stressaflastning udglødning
Udført efter bearbejdning, svejsning eller formning opvarmer denne proces legeringen til 500–800 grad for at lindre resterende spændinger uden at ændre den primære mikrostruktur. Det forhindrer revner under service, der er vigtig for komponenter som raketdyser eller atomreaktordele.
Optimering af kornstørrelse
Varmebehandlinger kan kontrollere kornstørrelse for at afbalancere egenskaber: Finkorn forbedrer trækstyrken med lav temperatur, mens grovere korn forbedrer krybemodstanden ved høje temperaturer. For eksempel:
Turbine-diske (underlagt høj rotationsstress) Brug finkornede superlegeringer (f.eks. Udimet 720) via kontrolleret afkøling under annealing.
Turbineblade (udsat for ekstrem varme) bruger ofte grovkornede eller enkeltkrystallsuperlegre (f.eks. PWA 1480) for at maksimere krybbestandighed.
Definition af den "stærkeste" superlegering er kompleks, fordi styrke afhænger af kontekst: temperatur, stresstype (træk, kryb, træthed) og miljøforhold (korrosion, oxidation) alle spiller roller. Flere superlegeringer skiller sig imidlertid ud for enestående styrke i specifikke scenarier:
GRX-810
En 3D-trykt nikkelbaseret superlegering udviklet af NASA, GRX-810 udviser ekstraordinær styrke og holdbarhed. Det er dobbelt så stærkt som avanceret 3D-trykt superlegeringer (f.eks. Inconel 718) ved høje temperaturer (~ 1093 grad) og over 1.000 gange mere resistente over for krybning (langsom deformation under konstant stress). Dens styrke opstår fra en unik mikrostruktur af nanoskala bundfald og oxider, hvilket gør det ideelt til hypersoniske køretøjer og raketmotorer.
René 95
René 95, der er en nikkelbaseret superlegering, der er vidt brugt i rumfart, tilbyder enestående trækstyrke (op til 1.600 MPa ved stuetemperatur) og krybningsmodstand ved forhøjede temperaturer. Dens styrke stammer fra et tæt netværk af 'bundfald, hvilket gør det til et top valg for højspændingskomponenter som turbinedisker.
Alloy 718Plus
En avanceret version af Inconel 718, 718Plus erstatter "bundfald med mere stabile 'faser og øger styrken ved højere temperaturer (op til 700 grad). Den opretholder trækstyrker, der overstiger 1.300 MPa, mens den tilbyder forbedret krybbestandighed, der er velegnet til næste generation af gasturbinemotiner.
Cobalt-baserede legeringer (f.eks. Haynes 188)
Mens de generelt er mindre stærke end nikkelbaserede legeringer ved stuetemperatur, er koboltbaserede superlegeringer som Haynes 188 Excel i høj temperaturstyrke og oxidationsmodstand (op til 1.100 grad). Deres styrke er afledt af fast-løsning styrkelse af wolfram og krom, hvilket gør dem kritiske for forbrændingskamre for jetmotor.
GRX-810citeres ofte som den stærkeste med hensyn til styrke med høj temperatur og krybe modstand, mens René 95 og 718Plus dominerer i rumtemperatur og moderat høj temperaturstrækstyrke. Den "stærkeste" etiket afhænger i sidste ende af de specifikke præstationskriterier, der kræves.
