سوپر آلیاژها، آلیاژهایی هستند که مقاومت بالایی در برابر مواردی مانند حرارت بالا، خوردگی، پوسیدگی و اکسیداسیون دارند. ابر آلیاژ یا سوپر آلیاژ بر پایه ی نیکل، نیکل – آهن و یا کبالت تشکیل شده اند و ساختار آنها مکعبی وجه پر (FCC) است.
این آلیاژها مقاومت زیادی در برابر حرارت دارند و در برابر تخریب سطحی نیز مقاوم هستند و کاربرد این آلیاژها به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و حرارت در ساخت توربین های گازی، واحدهای تبدیل زغال سنگ و سایر صنایع شیمیایی کاربرد دارد.
کاربرد سوپر آلیاژها
پرمصرف ترین سوپر آلیاژها، آلیاژهای بر پایه نیکل هستند که در مصارف تحت تنش تا دمای 80 درصد دمای ذوب مورد استفاده قرار می گیرند.
بطور کلی کاربردهای این سوپر آلیاژها طی موارد زیر است:
- قطعات توربین گازی هواپیما
- قطعات واحدهای تولید برق با توربین گازی
- قطعات موتورهای رفت و برگشت
- صنایع فرآورش فلزات
- صنایع مهندسی پزشکی
- صنایع فضایی
- صنایع ساخت ادوات در معرض حرارت
- صنایع و سیستم های انرژی اتمی
- قطعات مورد نیاز در صنایع شیمیایی و پتروشیمی
- تجهیزات کنترل آلایندگی مانند اسکرابر
- تجهیزات سیستم های تولید گاز و مایع از زغال سنگ
معرفی پایه های سوپر آلیاژها
در این جا به صورت جداگانه به معرفی پایه های سوپر آلیاژها می پردازیم:
- سوپر آلیاژها بر پایه نیکل
- سوپر آلیاژهای بر پایه آهن _ نیکل
- سوپر آلیاژهای بر پایه کبالت
سوپر آلیاژها بر پایه نیکل
سوپر آلیاژهای بر پایه نیکل، پرکاربردترین سوپرآلیاژها در مصارف با دمای بالا هستند. ابر آلیاژهایی که بیش از 50 درصد وزن آن ها از عنصر نیکل باشد را ابرآلیاژ برپایه نیکل نامیده می شود.
کاربرد این آلیاژها در مواردی است که نیازی به عدم تغییر شکل در درجه بالا نباشد. خواص این ماده به عواملی از جمله میزان مشخصی از عناصر موجود در آن مانند کروم، کبالت، آهن، مولیبدن، تنگستن، آلومینیوم، تیتانیوم بستگی دارد.
پایداری فلز ماتریس FCC است که که نیکل را به عنوان یک پایه جهت ساخت آلیاژ مطرح می کند و پایداری نیکل به آسانی توسط آلیاژ شدن با کروم و یا آلومینیوم ارتقا می یابد.
سوپرآلیاژهای بر پایه آهن _ نیکل
سوپر آلیاژهای پایه آهن _ نیکل از فولاد ضد زنگ آستینی تشکیل شده اند. این آلیاژ بر پایه نیکل و آهن بوده برای رسیدن به فاز FCC پایدار به 25 درصد نیکل نیاز دارد.
آلیاژهای آهن- نیکل با توجه به ترکیب و مکانیزم سخت شدگی مطرح هستند. این آلیاژ با توجه به فراوان بودن آهن نسبت به بقیه ارزان تر است و دارای یک فاز ترکیبی از آهن آستنیت است.
سوپرآلیاژهای بر پایه کبالت
سوپر آلیاژهای بر پایه کبالت بر خلاف بقیه آلیاژها با یک ماتریس آستنیتی تشکیل شده از سخت شدن محلول جامد و با یک مقدار اندک کاربید در آن پخش شده است.
کبالت در دمای بالاتر به FCC تبدیل می شود و زیر دمای 417 درجه سلسیوس بصورت ساختار HPC کریستاله می شود به همین علت جهت جلوگیری از تغییر ساختار کبالت حین استفاده تمامی آلیاژهای بر پایه کبالت با نیکل نیز آلیاژ شده تا ساختار FCC بین دمای اتاق و دمای ذوب پایدار شود.
آلیاژهای برپایه کبالت به علت میزان بالای کروم موجود در آن ها در دماهای بالاتر مقاوم هستند. همچنین این آلیاژ دارای خاصیت جوش پذیری بالا و مقاومت در برابر فرسودگی حرارتی نسبت به سایر آلیاژ هاست.
از ویژگی های توسعه یافته این آلیاژها می توان به قابلیت ذوب شدن آن ها در هوا یا آرگون نام برد در حالی که سایر آلیاژهای بر پایه آهن-نیکل و نیکل برای ذوب تحت خلا به فلزات فعالی همچون آلومینیوم و تیتانیوم نیاز دارند.