Tepelné spracovanie je kľúčovým procesom pre super zliatiny, prispôsobené tak, aby zlepšili ich mechanické vlastnosti ako pevnosť, odolnosť proti tečeniam, trvanlivosť únavy a mikroštrukturálna stabilita, najmä v extrémnych podmienkach vysokej teploty a vysokého stresu. Špecifické postupy sa líšia v závislosti od zloženia zliatiny (založené na nikle, kobalte alebo železnom) a jeho zamýšľanej aplikácii, ale kľúčové techniky zahŕňajú:
Žíhanie riešenia
Tento krok zahŕňa zahrievanie super zliatiny na vysokú teplotu (zvyčajne 900 - 1250 stupňov, v závislosti od zliatiny), aby sa rozpustili intermetalické zrazeniny (napr. Alebo karbidy) a dosiahli jednotný homogénny tuhý roztok. Rýchle chladenie (ochladenie vo vode, oleji alebo vynútenom vzduchu) nasleduje „zmrazenie“ tejto mikroštruktúry, čím sa bráni reformovaniu hrubých zrážok. Žíhanie roztoku zlepšuje ťažnosť a pripravuje zliatinu na následné posilnenie pomocou zrážok. Napríklad:
Inconel 718 na báze niklu je roztok vygenerovaný pri ~ 980 stupňov, aby sa rozpustil “(NI₃NB) precipitáty, čím zabezpečuje presýtenú matricu.
Haynes 25 na báze kobaltu podlieha žíhaniu roztoku na ~ 1150 stupňov, aby sa homogenizovala jeho distribúcia chrómu a volfrámu.
Starnutie (zrážky)
Po žíhaní roztoku starnutie zahŕňa zahrievanie zliatiny na nižšiu teplotu (600 - 850 stupňov) na dlhšiu dobu (od hodín do dní), aby sa vytvorila tvorba jemných, rovnomerne dispergovaných intermetalických zrazenín. Tieto zrazeniny (napr. '-Ni₃ (al, Ti) v zliatinách na báze niklu alebo fáz zálivov v niektorých zliatinách na báze kobaltu) pôsobia ako prekážky hnutia dislokácie a drasticky zvyšujú silu. Mnoho super zliatiny používa viacstupňové starnutie pre optimálne výsledky:
Inconel 718 používa dvojkrokový proces starnutia: 720 stupňov po dobu 8 hodín (pece chladené na 620 stupňov) + 620 stupeň počas 8 hodín, vzduchom chladeného, na vytvorenie hustých „zrazenín.
René 95, zliatina na báze vysokej sily niklu, starne na 870 stupňov po dobu 1 hodiny + 650 na 24 hodín, aby sa vyvážila pevnosť a odolnosť voči creetu.
Horúce izostatické lisovanie (bedra)
Bedla kombinuje vysokú teplotu (do 1200 stupňov) a vysoký tlak (100 - 200 MPa) v inertnom plyne (napr. Argón), aby sa eliminovala vnútorná pórovitosť, zmršťovacie dutiny a homogenizovali mikroštruktúry. Je to obzvlášť rozhodujúce pre super zliatiny odlievania alebo práškovej kovyne, ako je CMSX-4 (zliatina na báze niklu na báze jedného kryštálu), zlepšuje únavovú životnosť a znižuje zlyhania v rozpätí turbín v lopatiek turbíny.
Žíhanie stresu
Tento proces, ktorý sa uskutoční po obrábaní, zváraní alebo formovaní, zahreje zliatinu na 500 - 800 stupňov, aby sa zmiernilo zvyškové napätia bez zmeny primárnej mikroštruktúry. Zabraňuje prasknutiu počas služby, ktoré sú nevyhnutné pre komponenty, ako sú raketové dýzy alebo časti jadrového reaktora.
Optimalizácia veľkosti obilia
Tepelné úpravy môžu regulovať veľkosť zŕn na vyváženie vlastností: jemné zrná zvyšujú pevnosť v ťahu s nízkou teplotou, zatiaľ čo hrubšie zrná zlepšujú odpor tečenia pri vysokých teplotách. Napríklad:
Disky turbíny (vystavené vysokému rotačnému napätiu) používajú jemnozrnné super zliatiny (napr. Udimet 720) prostredníctvom kontrolovaného chladenia počas žíhania.
Čepele turbíny (vystavené extrémnemu tepla) často používajú super zliatiny alebo jednosokryštálové super zliatiny (napr. PWA 1480) na maximalizáciu rezistencie na tečnie.
Definovanie „najsilnejšieho“ super zliatiny je zložité, pretože sila závisí od kontextu: teplota, typ napätia (ťahová, tečúca, únava) a podmienky prostredia (korózia, oxidácia) všetky hrajú úlohu. V určitých scenároch však v konkrétnych scenároch vynikajú výnimočné sily:
GRX-810
Super zliatiny na báze 3D vyvinuté NASA, GRX-810, vykazuje mimoriadnu silu a trvanlivosť. Pri vysokých teplotách (~ 1093 stupňov) a viac ako 1 000-krát viac odolných voči tečúcim (pomalá deformácia pri konštantnom strese) je dvakrát väčšia ako najmodernejšie 3D tlačené super zliatiny (napr. Inconel 718). Jeho sila vzniká z jedinečnej mikroštruktúry nanomaterských precipitátov a oxidov, vďaka čomu je ideálna pre hypersonické vozidlá a raketové motory.
René 95
René 95, René 95, ponúka výnimočnú pevnosť v ťahu (až 1 600 MPa pri teplote miestnosti) a pri zvýšených teplotách ponúka výnimočnú pevnosť v ťahu (až 1 600 MPa) a odolnosť proti tečeniam. Jeho sila pramení z hustej siete „precipitátov, čo z nej robí najlepšiu voľbu pre komponenty s vysokým stresom, ako sú disky turbíny.
Zliatina 718
Pokročilá verzia Inconel 718, 718Plus nahrádza „Zráža sa stabilnejšími fázami“, zvyšuje pevnosť pri vyšších teplotách (až 700 stupňov). Udržiava pevnosť v ťahu presahujúcich 1 300 MPa, pričom ponúka zlepšený odolnosť proti tevrženiu, vhodné pre motory plynových turbín s ďalšou generáciou.
Zliatiny na báze kobaltu (napr. Haynes 188)
Aj keď je pri izbovej teplote vo všeobecnosti menej silné ako zliatiny na báze niklu, super zliatiny na báze kobaltu ako Haynes 188 Excel v oblasti vysokej teploty a oxidačnej rezistencie (až do 1 100 stupňov). Ich sila je odvodená od posilnenia tuhého riešenia volfrámom a chrómom, čo ich robí kritickými pre spaľovacie komory prúdových motorov.
GRX-810je často citovaný ako najsilnejší z hľadiska sily vysokej teploty a rezistencie na tečnie, zatiaľ čo René 95 a 718Plus dominujú v teplote miestnosti a miernej pevnosti v ťahu teploty. „Najsilnejší“ štítok v konečnom dôsledku závisí od konkrétnych požadovaných výkonnostných kritérií.
