
Rauapõhised sepistatud kõrgtemperatuurilised sulamid on metallmaterjalide klass, mille peamise elemendina on raud (Fe), mis on loodud säilitama head mehaanilist tugevust ja vastupidavust lagunemisele (nagu oksüdatsioon) kõrgetel temperatuuridel, tavaliselt vahemikus 540 °C kuni 760 °C (1000 °F kuni 1400 °F). Märgistus "töödeldud" näitab, et need on kujundatud termomehaaniliste protsesside abil, nagu kuumvaltsimine, sepistamine või ekstrusioon, mis täiustavad nende mikrostruktuuri, et pakkuda soodsat tugevuse, elastsuse ja valmistatavuse kombinatsiooni.
Need toimivad kulutõhusa ja väga mitmekülgse lahendusena paljude kõrge temperatuuriga rakenduste jaoks, ületades roostevaba terase ja kallimate nikli- või koobaltipõhiste supersulamite jõudluse erinevusi.
Hea kõrgtemperatuuriline tugevus ja libisemiskindlus: need taluvad deformatsiooni ja aeglast, ajast sõltuvat deformatsiooni (libisemist) mehaanilise koormuse korral kõrgel temperatuuril, kuigi nende temperatuuri ülempiir on üldiselt madalam kui niklipõhistel supersulamitel.
Suurepärane oksüdatsiooni- ja korrosioonikindlus: nende põhiomaduseks on tänu kõrgele kroomisisaldusele (tavaliselt 12–28%) pinnale kaitsva, kleepuva kroomi (Cr₂O₃) skaala moodustamine. Paljud klassid sisaldavad ka räni (Si) ja alumiiniumi (Al), et moodustada veelgi stabiilsemaid kaalusid.
Kulutõhusus: Raua maatriksil põhinevad need on oluliselt odavamad kui nikli- või koobaltipõhised alternatiivid, muutes need materjaliks suuremahuliste või kulutundlike rakenduste jaoks.
Hea valmistatavus: nende sepistatud olemus tähendab, et neid saab standardsete tööstustavade abil hõlpsasti vormida, töödelda ja keevitada keerukateks komponentideks.
Nende sulamite jõudlus kõrgel temperatuuril saavutatakse mitme sünergilise mehhanismi kaudu:
Tahke lahuse tugevdamine: elemendid nagu molübdeen (Mo), volfram (W) ja kroom (Cr) lahustuvad raudmaatriksis, takistades dislokatsiooni liikumist ja andes baasjoone tugevuse.
Karbiidisademete tugevdamine: stabiilsete karbiidide (nt M₂3C6, MC, kus M on Cr, Mo, Nb) moodustumine tera piiridel ja tera sees aitab fikseerida nihkeid ja terade piire, suurendades tugevust ja roomamiskindlust.
Nitriidide ja karbonitriidide sadestamine: Teatud sulamites moodustavad elemendid nagu nioobium (Nb) ja titaan (Ti) peeneid nitriide või karbonitriide, mis tugevdavad sademeid.
Mikrostruktuuriline stabiilsus: sulami koostised on tasakaalustatud, et takistada nende tugevdusfaaside jämedust ja kahjulike metallidevaheliste ühendite moodustumist pikaajalisel kuumusega kokkupuutel.
Rauapõhised sepistatud kõrgtemperatuurilised sulamid on paljudes tööstusharudes tööhobused:
Elektritootmine:
Turbiini labad ja kettad auruturbiinides ja gaasiturbiinide madalama temperatuuriga astmetes.
Katla torud, ülekuumendi ja taassoojendi torud ning soojusvahetid fossiilkütustel töötavates elektrijaamades.
Autotööstus:
Turboülelaaduri korpused (turbiini korpused), mis peavad taluma heitgaaside temperatuure.
Väljalaske kollektorid ja vihmatorud.
Tööstuslikud ahjud ja kuumtöötlus:
Kiirgustorud, muhvlid, kandikud ja korvid, mida kasutatakse karburiseerimisel, lõõmutamisel ja muudel kuumtöötlusprotsessidel.
Naftakeemia ja rafineerimine:
Torud ahju mähiste jaoks ja torustik kõrgtemperatuursete protsessivoogude jaoks katalüütilistes krakkimisseadmetes ja reformerites.
Järgmine tabel võtab kiire ülevaate saamiseks kokku põhifunktsioonid.
| Funktsioon | Kirjeldus | Eelis |
| Aluselement | raud (Fe), kõrgega Kroom (Cr) sisu. | Annab kuluefektiivse vundamendi, millel on omane oksüdatsioonikindlus. |
| Tootmistee | Termomehaaniline töötlemine (kuumvaltsimine, sepistamine). | Tulemuseks on ühtlane peeneteraline struktuur, millel on hea plastilisus ja sitkus. |
| Peamised tugevdajad | tahke lahus (Mo, W); Karbiidid (Cr, Nb, Mo). | Pakub tasakaalustatud kombinatsiooni tugevusest kõrgel temperatuuril ja mikrostruktuurilisest stabiilsusest. |
| Temperatuurivahemik | Hea jõudlus kuni ~760°C (1400°F). | Täidab kriitilise tühimiku standardsete roostevaba terase ja nikli supersulamite vahel. |
| Peamine kasu | Optimaalne tasakaal jõudluse, valmistatavuse ja kulude vahel. | Kõige ökonoomsem lahendus paljude kõrge temperatuuriga inseneriprobleemide jaoks. |
| Levinud sulamid ja tüübid | austeniit (nt 304H, 316H, 321H, 347H); ferriitne (nt 446); Sademetega kõvastatav (nt A-286, 17-4PH). | Pakub laia valikut erinevate temperatuuri-, tugevus- ja korrosiooninõuete jaoks. |
Kokkuvõttes Rauapõhised kõrge temperatuuriga sepistatud sulamid on põhiline ja mitmekülgne materjalide klass, mis võimaldab suurt osa kaasaegsest kõrgtemperatuurilisest tehnikast. Nende arendus kujutab endast meisterlikku kulude ja jõudluse optimeerimist, muutes need asendamatuks rakendustes alates pereautost kuni elektrit toitivat elektrijaamani.