سوپرآلیاژها (Superalloy)در واقع آلیاژهایی مقاوم در برابر حرارت ، خورد گی و اکسید اسیون می باشند که به لحاظ ترکیب شیمیایی شامل سه گروه
- پایه نیکل
- نیکل آهن
- پایه کبالت
سوپر آلیاژ ها عموما در دماهای بالاتر از 540 درجه سانتی گراد استفاده می شوند. اولین استفاده از سوپر آلیاژها در ساخت توربین های گازی ، طرح های تبدیل ذغال سنگ ، صنایع شیمیایی و صنایعی که نیاز به مقاومت حرارتی و خوردگی داشته اند بوده است. سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل مانند آلیاژ IN-718 از فن آوری فولادهای زنگ نزن توسعه یافته اند و معمولا به صورت کار شده هستند. سوپر آلیاژ های پایه نیکل و پایه کبالت بسته به نوع کاربرد و ترکیب شیمیایی می توانند به صورت ریخته یا کار شده باشند.
از آغاز پیدایش سوپر آلیاژ ها، تعداد زیادی آلیاژ شناخته شده و مورد مطالعه قرار گرفته و تعدادی نیز به عنوان اختراع ثبت شده اند. تعدادی از آن ها در طول سالیان گذشته غربال شده و تعدادی به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند. در شکل زیر رفتار تنش گسیختگی سه گروه آلیاژی با یکدیگر مقایسه شده اند (سور آلیاژهای پایه آهن- نیکل، پایه نیکل و پایه کبالت).
سوپر آلیاژ های پایه نیکل
امروزه آلیاژهای نیکل درحالتهای" تکفازی" ، "رسوب سختی شده" و "مستحکم شده توسط رسوبات اسیدی و کامپوزیت ها" درمصارف صنعتی مختلف مورد استفاده قرارمیگیرند. سوپرآلیاژهای پایه نیکل پیچیده ترین ترکیباتی می باشند که در قطعات دمای بالا به کارمی روند. درحال حاضر50 درصد وزن موتورهای هواپیماهای پیشرفته از جنس این الیاژها می باشد. خصوصیات اصلی آلیاژهای نیکل ، پایداری حرارتی و قابلیت مستحکم شدن می باشد. بسیاری ازاین الیاژها حاوی 10 الی 20 درصدکرم ، حداکثر 8 درصد آلومینیوم و تیتانیم ، 5 تا 15 درصدکبالت و مقادیر کمی مولیبدن ، نیوییم و تنگستن می باشد. دو گروه اصلی از الیاژهای آهن نیکل که میزان نیکل آنها بیشتر از مقدار آهن است عبارت از گروه 706 و 718 می باشند. این آلیاژها معمولا" تا دمای 650 درجه سانتی گراد استحکام خود را حفظ می کنند. اما در دماهای بالاتر به سرعت استحکام خود رااز دست می دهند.
سوپر آلیاژ های پایه آهن
سوپرآلیاژهای پایه اهن نشأت گرفته ازفولادهای زنگ نزن آستینتی می باشند که دارای زمینه ای ازمحلول جامد آهن و نیکل بوده و برای پایداری زمینه نیاز به حداقل 25 درصد نیکل است. گروهای متعددی ازاین آلیاژها تا کنون مشخص گردیده اند که هریک با مکانیزمهای خاصی مستحکم میشوند. برخی از این آلیاژها نظیر 57 – و286 حاوی 25 تا 35 درصد وزنی نیکل میباشند واستحکامشان به دلیل حضور آلومینیوم و تیتانیم میباشند. گروه دوم الیاژهای پایه آهن که آلیاژهای 750 و 901 نمونه های انها میباشند ، حداقل 40 درصد وزنی نیکل داشته و همانند گروههای با نیکل بالاتراستحکام بخشی توسط سختی رسوبی صورت می گیرد. گروه دیگراین آلیاژها برپایه ( آهن - نیکل – کبالت ) می باشند و استحکام این گروه در محدوده 650 درجه سانتی گراد مناسب بوده و ضریب انبساط حرارتی آنها پایین میباشد.این آلیاژها شامل Incoioy با شماره های 903 ، 907 ، 909 ، وpyrometCTX وغیره می باشند.
سوپرآلیاژهای پایه کبالت
سوپرآلیاژهای کارپذیر پایه کبالت برخلاف سایرسوپرآلیاژها مکانیزم استحکام بخشی متفاوتی دارند و خواص حرارتی خوبی در دمای حدود 1000 درجه سانتی گراد خواهند داشت. سوپرآلیاژهای پایه کبالت حاوی کرم ، مقاومت به خوردگی واکسیداسیون خوبی داشته وهم چنین قابلیت جوشکاری و مقاومت به خستگی حرارتی آنهانسبت به آلیاژهای پایه نیکل بالاتر می باشد. ازطرف دیگرامکان ذوب و ریخته گری این آلیاژ ، درهوا با اتمسفر آرگون مزیت دیگری نسبت به سایر سوپرآلیاژها که نیازبه خلاء دارند می باشد.
عمده مصارف و کاربرد سوپر آلیاژ ها
- توربین های بخار نیروگاههای تولید برق
- ساخت قالبهای ریخته گری و ابزارهای گرمکار
- مصارف پزشکی و دندانپزشکی
- تجهیزات عملیات حرارتی
- سیستم های شیمیایی و پتروشیمی
- تجهیزات و کوره های نورد فلزات
- مبدل های حراتی تبدیل ذغال سنگ
