
Апрацаваныя высокатэмпературныя сплавы на аснове жалеза - гэта клас металічных матэрыялаў з жалезам (Fe) у якасці асноўнага элемента, створаных для падтрымання добрай механічнай трываласці і ўстойлівасці да дэградацыі (напрыклад, акіслення) пры павышаных тэмпературах, як правіла, у дыяпазоне ад 540°C да 760°C (ад 1000°F да 1400°F). Абазначэнне «каванага» паказвае на тое, што яны фармуюцца з дапамогай тэрмамеханічных працэсаў, такіх як гарачая пракатка, коўка або экструзія, якія ўдасканальваюць іх мікраструктуру, каб забяспечыць спрыяльнае спалучэнне трываласці, пластычнасці і магчымасці вырабу.
Яны служаць эканамічна эфектыўным і вельмі ўніверсальным рашэннем для шырокага спектру прымянення пры высокіх тэмпературах, ліквідуючы разрыў у прадукцыйнасці паміж нержавеючай сталлю і больш дарагімі суперсплавами на аснове нікеля або кобальту.
Добрая трываласць пры высокіх тэмпературах і ўстойлівасць да паўзучасці: яны супрацьстаяць дэфармацыі і павольнай, залежнай ад часу дэфармацыі (паўзучасці) пад дзеяннем механічнай нагрузкі пры павышаных тэмпературах, хоць іх верхняя тэмпературная мяжа звычайна ніжэйшая, чым у звышсплаваў на аснове нікеля.
Выдатная ўстойлівасць да акіслення і карозіі: ключавой асаблівасцю з'яўляецца іх здольнасць утвараць на паверхні ахоўную клейкую накіп хрому (Cr₂O₃) дзякуючы высокаму ўтрыманню хрому (звычайна 12-28%). Многія маркі таксама ўтрымліваюць крэмній (Si) і алюміній (Al), каб утварыць яшчэ больш стабільную луску.
Эканамічная эфектыўнасць: заснаваныя на жалезнай матрыцы, яны значна менш дарагія, чым альтэрнатывы на аснове нікеля або кобальту, што робіць іх матэрыялам выбару для буйнамаштабных або эканамічна адчувальных прыкладанняў.
Добрая тэхналагічнасць: іх каваная прырода азначае, што іх можна лёгка фармаваць, апрацоўваць і зварваць у складаныя кампаненты з выкарыстаннем стандартных прамысловых метадаў.
Высокатэмпературныя характарыстыкі гэтых сплаваў дасягаюцца за кошт некалькіх сінэргетычных механізмаў:
Умацаванне цвёрдым растворам: такія элементы, як малібдэн (Mo), вальфрам (W) і хром (Cr), раствараюцца ў жалезнай матрыцы, перашкаджаючы руху дыслакацый і забяспечваючы базавую трываласць.
Умацаванне карбідам: утварэнне стабільных карбідаў (напрыклад, M₂₃C₆, MC, дзе M роўна Cr, Mo, Nb) на межах зерняў і ўнутры зерняў дапамагае замацаваць дыслакацыі і межы зерняў, павялічваючы трываласць і супраціў паўзучасці.
Асаджэнне нітрыдаў і карбанітрыдаў: у некаторых сплавах такія элементы, як ніобій (Nb) і тытан (Ti), утвараюць тонкія нітрыды або карбанітрыды, якія забяспечваюць дадатковае ўмацаванне ападкамі.
Мікраструктурная стабільнасць: Кампазіцыі сплаву збалансаваны, каб супрацьстаяць агрубленню гэтых умацавальных фаз і ўтварэнню шкодных інтэрметалідных злучэнняў падчас працяглага ўздзеяння цяпла.
Каваныя высокатэмпературныя сплавы на аснове жалеза - гэта працоўныя конікі ў многіх галінах прамысловасці:
Выпрацоўка энергіі:
Лопасці і дыскі турбін у паравых турбінах і нізкатэмпературных ступенях газавых турбін.
Трубы катлоў, трубы перагравальнікаў і паўторных награвальнікаў і цеплаабменнікі на электрастанцыях, якія працуюць на выкапнёвым паліве.
Аўтамабільны:
Корпусы турбакампрэсараў (корпусы турбін), якія павінны вытрымліваць тэмпературу выхлапных газаў.
Выпускныя калектары і вадасцёкавыя трубы.
Прамысловыя печы і тэрмаапрацоўка:
Прамяністыя трубкі, муфелі, паддоны і кошыкі, якія выкарыстоўваюцца ў цементацыі, адпале і іншых працэсах тэрмічнай апрацоўкі.
Нафтахімія і нафтаперапрацоўка:
Трубы для змеявікоў печаў і трубаправоды для высокатэмпературных тэхналагічных патокаў у ўстаноўках каталітычнага крэкінгу і рыформінгу.
У наступнай табліцы зведзены асноўныя функцыі для кароткага агляду:
| Асаблівасць | Апісанне | Перавага |
| Базавы элемент | Жалеза (Fe), з выш хром (Cr) змест. | Забяспечвае эканамічна эфектыўную аснову з уласцівай устойлівасцю да акіслення. |
| Вытворчы маршрут | Тэрмамеханічная апрацоўка (гарачая пракатка, коўка). | У выніку атрымліваецца аднастайная дробназярністая структура з добрай пластычнасцю і трываласцю. |
| Ключавыя ўзмацняльнікі | Цвёрды раствор (Mo, W); Карбіды (Cr, Nb, Mo). | Забяспечвае збалансаванае спалучэнне трываласці пры высокіх тэмпературах і мікраструктурнай стабільнасці. |
| Дыяпазон тэмператур | Добрая прадукцыйнасць да ~760°C (1400°F). | Запаўняе крытычны разрыў у прадукцыйнасці паміж стандартнай нержавеючай сталлю і нікелевым суперсплавам. |
| Ключавая перавага | Аптымальны баланс прадукцыйнасці, тэхналагічнасці і кошту. | Найбольш эканамічнае рашэнне для вялікай колькасці высокатэмпературных інжынерных задач. |
| Агульныя сплавы і тыпы | Аўстэнітны (напрыклад, 304H, 316H, 321H, 347H); Ферытны (напр., 446); Загартоўваецца ападкамі (напрыклад, A-286, 17-4PH). | Прапануе шырокі выбар для розных тэмператур, трываласці і патрабаванняў да карозіі. |
Такім чынам, Высокотэмпературныя каваныя сплавы на аснове жалеза з'яўляюцца фундаментальным і універсальным класам матэрыялаў, якія дазваляюць выкарыстоўваць вялікую частку сучаснай высокатэмпературнай тэхнікі. Іх распрацоўка ўяўляе сабой майстэрскую аптымізацыю кошту і прадукцыйнасці, што робіць іх незаменнымі для прымянення, пачынаючы ад сямейнага аўтамабіля і заканчваючы электрастанцыяй, якая забяспечвае яго электрычнасцю.