Desarrollo de materiales de aleación de alta temperatura.
autor: www.cnqishine.com
2025-01-18
Los materiales de aleación de alta temperatura generalmente se refieren a materiales de aleación que funcionan bajo ciertas condiciones de estrés superiores a 600 °C.
No solo debe tener buena resistencia a la oxidación y a la corrosión a altas temperaturas, sino que también debe tener alta resistencia a altas temperaturas, resistencia a la fluencia, rendimiento de resistencia y buena resistencia a la fatiga.
Es un material clave para componentes de extremo caliente en motores de aeronaves modernas, motores de naves espaciales y cohetes, así como en barcos y turbinas de gas industriales (como álabes de turbinas, álabes guía, discos de turbinas, cámaras de combustión y carcasas, etc.). También es un material importante para altas temperaturas requerido por la industria del petróleo y el gas natural, los equipos químicos y los equipos de tecnología de conversión de carbón.
1. Proceso de desarrollo de materiales de aleación de alta temperatura.
Las superaleaciones a base de níquel se desarrollaron a finales de la década de 1930. A continuación se muestra el tiempo de producción de las superaleaciones a base de níquel en varios países:
1) 1941: Gran Bretaña produjo por primera vez la aleación a base de níquel Nimonic 75 (Ni-20Cr-0,4Ti); para aumentar la resistencia a la fluencia, se añadió aluminio y se desarrolló Nimonic 80 (Ni-20Cr-2,5Ti-1,3Al).
Las superaleaciones a base de níquel se desarrollaron a finales de la década de 1930. A continuación se muestra el tiempo de producción de las superaleaciones a base de níquel en varios países:
1) 1941: Gran Bretaña produjo por primera vez la aleación a base de níquel Nimonic 75 (Ni-20Cr-0,4Ti); para aumentar la resistencia a la fluencia, se añadió aluminio y se desarrolló Nimonic 80 (Ni-20Cr-2,5Ti-1,3Al).
2) Mediados de la década de 1940: Estados Unidos
3) Finales de la década de 1940: Unión Soviética
4) Mediados de la década de 1950: China
Dos aspectos del desarrollo de aleaciones a base de níquel
Incluyendo: Mejora de la composición de la aleación e innovación del proceso de producción.
A principios de la década de 1950, el desarrollo de la tecnología de fusión al vacío creó las condiciones para el refinado de aleaciones a base de níquel con un alto contenido de aluminio y titanio. La mayoría de las primeras aleaciones a base de níquel eran aleaciones deformadas.
Incluyendo: Mejora de la composición de la aleación e innovación del proceso de producción.
A principios de la década de 1950, el desarrollo de la tecnología de fusión al vacío creó las condiciones para el refinado de aleaciones a base de níquel con un alto contenido de aluminio y titanio. La mayoría de las primeras aleaciones a base de níquel eran aleaciones deformadas.
Finales de la década de 1950: utilizando tecnología de fundición de precisión, se desarrolló una serie de aleaciones de fundición con buena resistencia a altas temperaturas.
Mediados de la década de 1960: Desarrollo de aleaciones de alta temperatura con cristalización direccional y monocristalinas y aleaciones de alta temperatura de pulvimetalurgia con mejor rendimiento.
Para satisfacer las necesidades de los barcos y las turbinas de gas industriales, desde la década de 1960 se han desarrollado una serie de aleaciones de níquel con alto contenido de cromo con buena resistencia a la corrosión térmica y estructura estable.
Desde principios de la década de 1940 hasta finales de la década de 1970, la temperatura de funcionamiento de las aleaciones a base de níquel aumentó de 700 °C a 1100 °C, un aumento promedio de aproximadamente 10 °C por año.
2. Clasificación
Según el proceso de fabricación, los materiales de aleación de alta temperatura se pueden dividir en aleaciones deformadas de alta temperatura, aleaciones fundidas de alta temperatura, aleaciones de pulvimetalurgia de alta temperatura y aleaciones de enfriamiento divergente de alta temperatura.
Según los elementos de la matriz de aleación, se pueden dividir en aleaciones de alta temperatura a base de hierro, a base de níquel y a base de cobalto. La más utilizada es la aleación de alta temperatura a base de níquel, que tiene la mayor resistencia a la resistencia a altas temperaturas, seguida de la aleación de alta temperatura a base de cobalto, y la aleación de alta temperatura a base de hierro tiene la menor.
Según el método de fortalecimiento, se puede dividir en aleaciones de alta temperatura fortalecidas con solución sólida, aleaciones de alta temperatura fortalecidas por envejecimiento y aleaciones de alta temperatura fortalecidas con dispersión de óxido.
Según el uso principal, se puede dividir en aleación de placa, aleación de varilla y aleación de disco.
Aleación deformada de alta temperatura a base de níquel
(superalfa ferrosa a base de níquel forjado)
(superalfa ferrosa a base de níquel forjado)
Aleación deformable resistente a altas temperaturas con níquel como componente principal de la matriz. Las aleaciones deformables resistentes a altas temperaturas basadas en níquel chinas se representan con la letra fonética china "GH" más un número de serie, como GH36, GH49, GH141, etc. Se pueden procesar en materiales mediante métodos convencionales de deformación en frío y en caliente, como forjado, laminado y extrusión.
Según el método de fortalecimiento, se puede dividir en tres categorías: aleación deformable de alta temperatura a base de níquel reforzada con solución sólida, aleación deformable de alta temperatura a base de níquel reforzada con envejecimiento débil y aleación deformable de alta temperatura a base de níquel reforzada con envejecimiento fuerte.
Aplicación: Las aleaciones deformadas de alta temperatura a base de níquel se utilizan ampliamente para fabricar componentes del extremo caliente de motores a reacción de aviación y varias turbinas de gas industriales, como álabes de trabajo, álabes guía, discos de turbinas y cámaras de combustión.
3. Ingredientes y rendimiento
Papel de los elementos de aleación:
La función principal del cromo en las aleaciones deformables de alta temperatura a base de níquel es aumentar la resistencia a la oxidación y la resistencia a la corrosión.
La función principal del cromo en las aleaciones deformables de alta temperatura a base de níquel es aumentar la resistencia a la oxidación y la resistencia a la corrosión.
El contenido de cromo de las aleaciones deformables de alta temperatura a base de níquel desarrolladas en los años 1940 y 1950 fue tan alto como 18% a 20%. En los años 1960, con el fin de mejorar la resistencia a alta temperatura, el contenido de cromo se redujo al 8% a 12%. La reducción excesiva de cromo dañará la resistencia a la oxidación y la resistencia a la corrosión.
A la aleación deformable de alta temperatura a base de níquel reforzada con solución sólida se le añaden más tungsteno, molibdeno, cobalto y otros elementos.
A las aleaciones deformadas de alta temperatura a base de níquel débilmente endurecidas por envejecimiento se les puede agregar una cierta cantidad de elementos de endurecimiento por envejecimiento, como aluminio, titanio y niobio.
A la aleación deformable de alta temperatura a base de níquel reforzada por envejecimiento intensivo se le pueden añadir grandes cantidades de aluminio, titanio y niobio, pero la cantidad total no puede superar el 7,5 %. También se añaden elementos de refuerzo de los límites de grano, como boro, cerio y magnesio.
Características organizacionales:
La fase de refuerzo principal es la fase γ'(Ni₃Al), con un contenido de aproximadamente el 20% al 55%.
Otro tipo de fase de refuerzo es la fase y" (Ni₃Nb), que contribuye mucho más a la resistencia por debajo de los 700 °C que la fase y', y mejora significativamente el límite elástico. Es una fase de refuerzo bien conocida en los materiales de los discos de turbina.
La fase de refuerzo principal es la fase γ'(Ni₃Al), con un contenido de aproximadamente el 20% al 55%.
Otro tipo de fase de refuerzo es la fase y" (Ni₃Nb), que contribuye mucho más a la resistencia por debajo de los 700 °C que la fase y', y mejora significativamente el límite elástico. Es una fase de refuerzo bien conocida en los materiales de los discos de turbina.
Método de procesamiento: Las aleaciones deformadas de alta temperatura tienen baja plasticidad y alta resistencia a la deformación, especialmente las aleaciones deformadas de alta temperatura a base de níquel con un fuerte endurecimiento por envejecimiento y una alta fase Y'. Es difícil deformarlas utilizando métodos de trabajo en caliente ordinarios y, a menudo, se requieren algunas técnicas de procesamiento especiales, como el laminado directo de lingotes, el laminado directo de lingotes con revestimiento y el recalcado con revestimiento. También se utilizan procesos de microaleación de magnesio y tratamiento térmico de límite de grano de flexión para mejorar la plasticidad.
Aleación de fundición de alta temperatura a base de níquel
(Superallo2 a base de níquel fundido)
(Superallo2 a base de níquel fundido)
Las aleaciones fundidas de alta temperatura con níquel como componente principal se indican con "K" más un número de serie, como K1, K2, etc.
Con el aumento de la temperatura de operación y la resistencia, el grado de aleación de las aleaciones de alta temperatura se hace cada vez más alto, el conformado en caliente se vuelve cada vez más difícil y se debe utilizar el proceso de fundición para la producción.
Además, la compleja cavidad interna de la hoja hueca que utiliza tecnología de refrigeración solo se puede producir mediante un proceso de fundición de precisión. De esta manera, la aleación de alta temperatura deformada a base de níquel se transforma en una aleación de alta temperatura fundida a base de níquel.
Añadir elementos y sus funciones:
Las aleaciones fundidas de alta temperatura a base de níquel utilizan la fase γ como matriz y agregan aluminio, titanio, niobio, tantalio, etc. para formar la fase γ' para el fortalecimiento. La cantidad de fase γ' es relativamente grande y algunas aleaciones llegan a alcanzar el 60%; agregar cobalto puede aumentar la temperatura de disolución de la fase γ' y aumentar la temperatura de uso de la aleación;
Las aleaciones fundidas de alta temperatura a base de níquel utilizan la fase γ como matriz y agregan aluminio, titanio, niobio, tantalio, etc. para formar la fase γ' para el fortalecimiento. La cantidad de fase γ' es relativamente grande y algunas aleaciones llegan a alcanzar el 60%; agregar cobalto puede aumentar la temperatura de disolución de la fase γ' y aumentar la temperatura de uso de la aleación;
El molibdeno, el tungsteno y el cromo tienen la función de fortalecer la solución sólida. El cromo, el molibdeno y el tantalio también pueden formar una serie de carburos que fortalecen los límites de grano.El aluminio y el cromo contribuyen a la resistencia a la oxidación, pero el cromo reduce la solubilidad y la resistencia a altas temperaturas de la fase y', por lo que el contenido de cromo debe ser menor. Hafnio: mejora la plasticidad y la resistencia a temperaturas medias de la aleación. Para reforzar los límites de grano, se añaden cantidades adecuadas de boro, circonio y otros elementos.
Desventajas y formas de superarlas
(1) Rendimiento de fatiga ligeramente deficiente, baja plasticidad y disminución de la estabilidad organizativa durante el uso;
(1) Rendimiento de fatiga ligeramente deficiente, baja plasticidad y disminución de la estabilidad organizativa durante el uso;
(2) Hay holgura y el rendimiento fluctúa mucho.
Para paliar estas deficiencias, en 1968 se desarrolló por primera vez en Estados Unidos una aleación de fundición de alta temperatura a base de níquel con alto contenido de boro y bajo contenido de carbono. Si bien otros elementos de la aleación de fundición de alta temperatura a base de níquel permanecen inalterados, el contenido de boro se incrementa de 10 a 20 veces y el contenido de carbono se reduce a
0,01% a 0,03%, lo que mejora la resistencia y plasticidad de la aleación, reduce la porosidad y mejora la estabilidad a largo plazo de la organización. Este tipo de aleación se ha puesto en uso práctico en los Estados Unidos.Estados.
Para paliar estas deficiencias, en 1968 se desarrolló por primera vez en Estados Unidos una aleación de fundición de alta temperatura a base de níquel con alto contenido de boro y bajo contenido de carbono. Si bien otros elementos de la aleación de fundición de alta temperatura a base de níquel permanecen inalterados, el contenido de boro se incrementa de 10 a 20 veces y el contenido de carbono se reduce a
0,01% a 0,03%, lo que mejora la resistencia y plasticidad de la aleación, reduce la porosidad y mejora la estabilidad a largo plazo de la organización. Este tipo de aleación se ha puesto en uso práctico en los Estados Unidos.Estados.
Solicitud
Las aleaciones fundidas de alta temperatura a base de níquel se utilizan para los componentes de alta temperatura más críticos de turbinas de gas para aeronaves, barcos, industrias, vehículos y la industria del petróleo y el gas, como álabes de turbinas, álabes guía y turbinas integrales.
Las aleaciones fundidas de alta temperatura a base de níquel se utilizan para los componentes de alta temperatura más críticos de turbinas de gas para aeronaves, barcos, industrias, vehículos y la industria del petróleo y el gas, como álabes de turbinas, álabes guía y turbinas integrales.
4. Proceso de producción
En términos de fundición: para obtener acero fundido más puro y reducir el contenido de gas y el contenido de elementos nocivos; al mismo tiempo, debido a la presencia de elementos fácilmente oxidables como Al, Ti en algunas aleaciones, la fundición sin vacío es difícil de controlar; para obtener una mejor termoplasticidad, las aleaciones resistentes al calor a base de níquel generalmente se funden en un horno de inducción al vacío, o incluso se producen mediante fundición por inducción al vacío más horno consumible al vacío o refundición en horno de escoria eléctrico.
En términos de fundición: para obtener acero fundido más puro y reducir el contenido de gas y el contenido de elementos nocivos; al mismo tiempo, debido a la presencia de elementos fácilmente oxidables como Al, Ti en algunas aleaciones, la fundición sin vacío es difícil de controlar; para obtener una mejor termoplasticidad, las aleaciones resistentes al calor a base de níquel generalmente se funden en un horno de inducción al vacío, o incluso se producen mediante fundición por inducción al vacío más horno consumible al vacío o refundición en horno de escoria eléctrico.
Deformación
Se utilizan procesos de forjado y laminado. Para aleaciones con baja termoplasticidad, incluso se utiliza el laminado después de la extrusión o la extrusión directa con revestimiento de acero blando (o acero inoxidable). El objetivo de la deformación es romper la estructura de la pieza fundida y optimizar la microestructura.
Se utilizan procesos de forjado y laminado. Para aleaciones con baja termoplasticidad, incluso se utiliza el laminado después de la extrusión o la extrusión directa con revestimiento de acero blando (o acero inoxidable). El objetivo de la deformación es romper la estructura de la pieza fundida y optimizar la microestructura.
Fundición
Fundición: Generalmente se utiliza un horno de inducción al vacío para fundir la aleación maestra para garantizar la composición y controlar el contenido de gases e impurezas, y las piezas se fabrican mediante fundición de precisión por refundición al vacío.
Fundición: Generalmente se utiliza un horno de inducción al vacío para fundir la aleación maestra para garantizar la composición y controlar el contenido de gases e impurezas, y las piezas se fabrican mediante fundición de precisión por refundición al vacío.
Tratamiento térmico
Tratamiento térmico: Las aleaciones deformadas y algunas aleaciones fundidas necesitan un tratamiento térmico, que incluye un tratamiento en solución, un tratamiento intermedio y un tratamiento de envejecimiento. Si tomamos como ejemplo la aleación Udmet 500, su sistema de tratamiento térmico se divide en cuatro etapas: 1. Tratamiento en solución
Tratamiento de envejecimiento, 1175 ℃, 2 horas, enfriamiento por aire;
Tratamiento térmico: Las aleaciones deformadas y algunas aleaciones fundidas necesitan un tratamiento térmico, que incluye un tratamiento en solución, un tratamiento intermedio y un tratamiento de envejecimiento. Si tomamos como ejemplo la aleación Udmet 500, su sistema de tratamiento térmico se divide en cuatro etapas: 1. Tratamiento en solución
Tratamiento de envejecimiento, 1175 ℃, 2 horas, enfriamiento por aire;
2. Tratamiento intermedio, 1080℃, 4 horas, enfriamiento por aire;
3. Tratamiento de envejecimiento primario, 843 ℃, 24 horas, enfriamiento por aire;
4. Tratamiento de envejecimiento secundario, 760 ℃, 16 horas, enfriamiento por aire.
Para obtener el estado organizacional requerido y un buen desempeño integral.
Tendencia de desarrollo y aplicación de la aleación de alta temperatura a base de níquel 718
Problemas comunes y soluciones de los sujetadores de pernos durante la instalación
Artículo relacionado
Conclusiones de un estudio de caso sobre la exportación de fijaciones B8M. Recientemente, durante nuestra inspección final de salida de un lote de fijaciones de acero inoxidable B8M destinadas a Portugal, descubrimos distintos grados de rebabas en los bordes de las cabezas hexagonales de los pernos.
Cómo eliminar eficazmente las rebabas de los bordes de los pernos
Errores comunes en la adquisición de juntas aislantes: desde "trampas de precios" hasta "selección de proveedores".
¿Qué inconvenientes debes tener en cuenta al comprar juntas aislantes?
El Gylon 3500, un material clásico de juntas de PTFE modificado de Garlock, se utiliza ampliamente en las industrias petroquímica, química y otras por su excelente resistencia a ácidos fuertes, disolventes y propiedades antifluencia.
Cómo comprar juntas aislantes Gylon 3500 originales a precios competitivos en China.
