مقايسه سوپر آلياژهاي ريخته و كار شده
1- سوپر آلياژهاي كار شده
يك آلياژ كار شده معمولاً از شمشهاي ريخته به دست ميآيد اما چندين بار تغيير شكل و عمليات پيش گرم روي آن انجام ميشود، تا به حالت نهايي خود برسد. آلياژهاي كار شده به مراتب همگنتر از آلياژهاي ريخته كه معمولاً داراي جدايش ناشي از فرآيند انجماد هستند ميباشند. جدايش نتيجه طبيعي انجماد آلياژ است، اما در بعضي از موارد به صورت شديدتري روي ميدهد.
آلياژهاي كار شده، معمولاً انعطاف پذيرتر از آلياژهاي ريخته هستند. محصولات نورد مانند ميلهها از نوع كار شده هستند. انعطافپذيري آلياژ باعث ميشود كه بتوان آنها را به قطعات و اشكال بهتري در آورد. قطعات آهنگري نيز محصولات كار شده هستند كه مزيت انعطاف پذيري بالاتر ماده كار شده براي توليد اشكال بزرگتر مانند، ديسكهاي توربينهاي گازي را دارند.
هر آلياژي را نميتوان به شكل كار شده در آورد. بعضي از قطعات فقط به صورت ريخته توليد ميشوند. آلياژهايي كه كارپذيري خيلي كمي دارند، ابتدا با متالورژي پودر توليد شده و سپس آهنگري ميشوند. براي ساخت ديسكهاي سنگين كه در ناحيه دماهاي متوسط توربين گازي كار ميكنند، از آلياژهاي متالورژي پودر و يا آلياژهاي كار شده استفاده ميشود. با فرآيند متالورژي پودر ميتوان قطعاتي توليد كرد كه مستقيماً ماشين كاري شوند.
2- سوپر آلياژي ريخته
سوپر آلياژهاي ريخته در ناحيه دما بالاي توربينهاي گاز، به ويژه در قطعاتي نظير پرههاي هوا يافت ميشوند. اكثر آلياژهاي ريخته از نوع چند بلوري (PC) با دانههاي هم محور و بعضي ديگر از نوع انجماد جهتدار يافته (DS) هستند. ريختههاي چند بلوري داراي دانههايي هستند كه اندازه آنها از يك قطعه به قطعه ديگر تغيير ميكند. دانههاي يك ريخته انجماد جهتدار يافته، با يكديگر موازي هستند (عمدتاً به موازات محور طولي پره) و تحت عنوان قطعات انجماد جهتدار يافته دانه ستوني (CGDS) شناخته ميشوند. ممكن است يك ريخته انجماد جهتدار يافته فقط داراي يك بلور با محور موازي با محور طولي پرههاي توربين باشد، در اين صورت به آن تك بلور انجماد جهتدار يافته (SCDS) گفته ميشود. آلياژهاي ريخته نسبت به آلياژهاي كار شده استحكام بيشتري در دماي بالا دارند.
ريختههاي چند بلوري دانه درشت، نسبت به قطعات آهنگري شده دانه ريز استحكام بهتري در دماهاي بالا دارند. تركيب شيميايي آلياژ ريخته به نحو مؤثري تعيين كننده استحكام دما بالاي آن است. در فرآيند آهنگري تركيب شيميايي آلياژ نقش چنداني در تعيين قابليت آهنگري ندارد. سوپر آلياژهاي پايه نيكل ريخته داراي بالاترين استحكام گسيختگي خزش در دماهاي بالا هستند، به همين خاطر از آنها براي كار در پرههاي هوا توربين گاز تحت شرايط دماي بالا و تنش زياد استفاده ميشود. در طرف مقابل قطعات آهنگري دانه ريز، استحكام تسليم بالاتر و استحكام خستگي كم دامنه (LCF) بهتري در دماهاي متوسط دارند، و به همين دليل از آنها در ساخت ديسكهاي آهنگري شده استفاده ميشود.
بعضي از ويژگيها و خواص سوپر آلياژها
1- فولادهاي معمولي و آلياژهاي تيتانيوم در دماهاي بالاتر داراي استحكام كافي نيستند و امكان خسارت ديدن آلياژ در اثر خوردگي وجود دارد.
2- چنانچه استحكام در دماهاي بالاتر (زير دماي ذوب كه باري اكثر آلياژها تقريباً 1371- 1204 درجه سانتيگراد است) مورد نياز باشد، سوپر آلياژهاي پايه نيكل انتخاب ميشوند.
3- از سوپر آلياژهاي پايه نيكل ميتوان در نسبت دمايي بالاتري (نسبت دماي كار به دماي ذوب) در مقايسه با مواد تجاري موجود استفاده كرد. فلزات دير گداز (نسوز) نسبت به سوپر آلياژهاي دماي ذوب بالاتري دارند ولي ساير خواص مطلوب آنها را ندارند و به همين خاطر به طور وسيعي مورد استفاده قرار نميگيرند.
4- سوپر آلياژهاي پاليه كبالت را ميتوان به جاي سوپر آلياژهاي پايه نيكل استفاده كرد كه اين جايگزيني به استحكام مورد نياز و نوع خوردگي بستگي دارد.
5- در دماهاي پايينتر وابسته به استحكام مورد نياز، سوپر آلياژهاي پايه آهن- نيكل نسبت به سوپر آلياژهاي پايه نيكل و پايه كبالت كاربرد بيشتري پيدا كردهاند.
6- استحكام سوپر آلياژ نه تنها مستقيماً به تركيب شيميايي بلكه به فرآيند ذوب، آهنگري و روش شكلدهي، روش ريختهگري و بيشتر از همه به عمليات حرارتي پس از شكلدهي، آهنگري يا ريختهگري بستگي دارد.
7- سوپر آلياژهاي پايه آهن- نيكل نسبت به سوپر آلياژهاي پايه نيكل و پايه كبالت ارزانتر هستند.
8- اكثر سوپر آلياژهاي كار شده براي بهبود مقاومت خوردگي داراي مقداري كروم هستند. مقدار كروم در آلياژهاي ريخته در ابتدا زياد بود، اما به تدريج مقدار آن كاهش يافت تا عناصر آلياژي ديگري براي افزايش خواص مكانيكي سوپر آلياژهاي دما بالا، به آنها افزوده شوند. در سوپر آلياژهاي پايه نيكل با كاهش كروم مقدار آلومينيوم افزايش يافت، در نتيجه مقاومت اكسيداسيون آنها در همان سطح اوليه باقي ميماند و يا افزايش مييابد، اما مقاومت در برابر انواع ديگر خوردگي كاهش مييابد.
9- سوپر آلياژها مقاومت در برابر اكسيداسيون بالايي دارند اما در بعضي موارد مقاومت خوردگي كافي ندارند. در كاربردهايي مانند توربين هواپيما كه دما بالاتر از است سوپر آلياژها در كاربردهاي طولاني مدت در دماهاي بالاتر از مانند توربينهاي گازي زميني ميتوانند پوشش داشته باشند.
10- فنآوري پوششدهي سوپر آلياژها بخش مهمي از كاربرد و توسعه آنها ميباشد. نداشتن پوشش به معني كارآيي كم سوپر آلياژ در دراز مدت و دماهاي بالا است.
11- در سوپر آلياژها به ويژه در سوپر آلياژهاي پايه نيكل بعضي از عناصر در مقادير جزئي تا زياد اضافه شدهاند. در بعضي از آلياژها تعداد عناصر كنترل شده موجود تا 14 عنصر و بيشتر ميتواند باشد.
نيكل، كبالت، كروم، تنگستن، موليبدن، رنيم، هافنيم و ديگر عناصر استفاده شده در سوپر آلياژها اغلب گران بوده و مقدارشان در طي زمان متغير است.