התקדמות מחקר של חומרי סגסוגת-על על בסיס ניקל
במהלך חצי המאה האחרונה, סין פיתחה ויצרה מערכות סגסוגת-על רבות מבוססות ניקל כדי לענות על הצרכים ההולכים וגדלים של תעשיות כוח, תחבורה, תעופה, תעופה וחלל ועוד. בפרט, הפיתוח של סגסוגות-על מבוססות ניקל שיפר מאוד את הביצועים של מנועי התעופה והחלל של סין. תרם תרומה משמעותית לשיפור. מאמר זה מציג בקצרה את היסטוריית הפיתוח של סגסוגות-על מבוססות ניקל, סוקר את התקדמות המחקר של סגסוגות-על מבוססות ניקל בשנים האחרונות, ודן במגמות היישום והפיתוח של סגסוגות-על מבוססות ניקל.
מבוא
יותר מ-50% מהחומרים במנועי טורבינת גז מודרניים משתמשים בסגסוגות בטמפרטורה גבוהה, מהן כמות הסגסוגות בטמפרטורה גבוהה על בסיס ניקל מהווה כ-40% מחומרי המנוע. סגסוגות על בסיס ניקל בעלות תכונות מקיפות מצוינות בטמפרטורות בינוניות וגבוהות. הם מתאימים לעבודה בטמפרטורות גבוהות לאורך זמן ויכולים לעמוד בפני קורוזיה ושחיקה. הם המורכבים ביותר ובשימוש נרחב בחלקים בטמפרטורה גבוהה ויש להם תכונות מתכות רבות בין כל הסגסוגות העל. סגסוגות המעניינות ביותר את העובדים. סגסוגות טמפרטורות גבוהות מבוססות ניקל משמשות בעיקר ברכיבים מבניים הפועלים ב-950~1050 מעלות בתחום התעופה והחלל, כגון להבי עבודה של מנועי אוויר, דיסקיות טורבינה, תאי בעירה וכו'. לכן, המחקר של סגסוגות-על מבוססות ניקל הוא חשוב משמעות לפיתוח תעשיית התעופה והחלל של ארצי.
1 סקירה כללית
סגסוגות בטמפרטורה גבוהה על בסיס ניקל הן סגסוגות בטמפרטורה גבוהה המשתמשות בניקל כמטריקס (בדרך כלל יותר מ-50% תכולה) ובעלות חוזק גבוה ועמידות טובה בפני חמצון וקורוזיה בטווח של 650 עד 1000 מעלות. הוא פותח על בסיס סגסוגת Cr20Ni80. על מנת לעמוד בדרישות חוזק תרמי בטמפרטורה גבוהה (חוזק בטמפרטורה גבוהה, עמידות לזחילה, חוזק עייפות בטמפרטורות גבוהות) סביב 1000 מעלות ואנטי חמצון ואנטי קורוזיה באמצעי גז, נוספו מספר רב של חיזוקים . אלמנטים, כגון W, Mo, Ti, Al, Nb, Co, וכו', כדי להבטיח את ביצועי הטמפרטורה הגבוהים המעולים שלו. בנוסף לחיזוק תמיסה מוצקה, סגסוגות-על מסתמכות גם על חיזוק המשקעים של שלב התרכובת הבין-מתכתית (Ni3Al או Ni3Ti וכו') שנוצרו על ידי Al, Ti וכו' ו-Ni, חיזוק הפיזור התוך-גרגירי של MC יציב עדין, M23C6 קרבידים, ו-B, Zr, Re וכו' ממלאים תפקיד בטיהור וחיזוק גבולות התבואה. מטרת הוספת Cr היא לשפר עוד יותר את ההתנגדות נגד חמצון ועמידות בפני קורוזיה בטמפרטורה גבוהה של סגסוגות בטמפרטורה גבוהה. לסגסוגות-על מבוססות ניקל יש תכונות מקיפות טובות והן נמצאות בשימוש נרחב בתעשיית התעופה והחלל, הרכב, התקשורת והאלקטרוניקה. עם חקירת המאפיינים הפוטנציאליים של סגסוגות מבוססות ניקל, החוקרים הציעו דרישות גבוהות יותר לביצועים שלהם. חוקרים מקומיים וזרים פיתחו טכניקות עיבוד חדשות לסגסוגות המבוססות על ניקל, כגון פרזול איזותרמי, עיוות אקסטרוזיה, עיוות חיפוי וכו'.
2. היסטוריית פיתוח של סגסוגות-על מבוססות ניקל
סגסוגות על על בסיס ניקל תופסות עמדה חשובה במיוחד בכל תחום הסגסוגות העל. הפיתוח והשימוש בו החלו בסוף שנות ה-30, ופותחו על רקע הופעת מטוסי הסילון הציבה דרישות גבוהות יותר לביצועים של סגסוגות-על. . בריטניה ייצרה לראשונה את הסגסוגת Nimonic75 (Ni-20Cr-0.4Ti) על בסיס ניקל בשנת 1941. על מנת לשפר את חוזק הזחילה, נוסף אלומיניום לפיתוח Nimonic80 (Ni{{9} }Cr-2.5Ti-1.3Al). גם ארצות הברית באמצע ה{14}}, ברית המועצות בסוף שנות הארבעים וסין באמצע ה{16}} פיתחו סגסוגות-על מבוססות ניקל.
הפיתוח של סגסוגות בטמפרטורה גבוהה על בסיס ניקל כולל שני היבטים: שיפור הרכב הסגסוגת וחדשנות תהליכי הייצור. בתחילת שנות ה-50, התפתחות טכנולוגיית ההתכה בוואקום יצרה תנאים לזיקוק סגסוגות על בסיס ניקל המכילות אלומיניום וטיטניום גבוהים; בסוף שנות ה-50, נעשה שימוש בטכנולוגיית יציקה מדויקת להשקעה לפיתוח סדרה של סגסוגות יציקה בעלות חוזק טוב בטמפרטורה גבוהה; בשנות ה-60 באמצע הטווח פותחו התגבשות כיוונית וסגסוגות-על גבישיות בודדות וסגסוגות-על של מתכות אבקה עם ביצועים טובים יותר; על מנת לענות על הצרכים של ספינות וטורבינות גז תעשייתיות, פותחו מאז שנות ה-60 מספר סגסוגות על בסיס ניקל גבוה כרום על בסיס ניקל כרום גבוה עם עמידות טובה יותר בפני קורוזיה חמה ומבנה יציב. סַגסוֹגֶת. בתוך כ-40 שנה מתחילת שנות ה-40 ועד סוף שנות ה-70, טמפרטורת הפעולה של סגסוגות על בסיס ניקל עלתה מ-700 מעלות ל-1100 מעלות, עם עלייה ממוצעת של כ-10 מעלות בשנה.
