
سوپرآلیاژهای فرفورژه مبتنی بر نیکل دسته ای از مواد با کارایی بالا هستند که برای استحکام مکانیکی استثنایی، مقاومت در برابر خزش و پایداری ساختاری در دماهای بالا، معمولاً بالای 540 درجه سانتیگراد (1000 درجه فارنهایت) طراحی شده اند. اصطلاح "فرور شده" نشان می دهد که این آلیاژها از طریق فرآیندهای ترمومکانیکی مانند آهنگری، نورد یا اکستروژن به شکل نهایی خود در می آیند که منجر به ساختار دانه ای ظریف و جهت دار می شود که در مقایسه با همتایان ریخته گری خود خواص کششی و خستگی برتری را ارائه می دهد.
آنها ستون فقرات اجزای چرخان با دمای بالا در هوافضا و تولید برق هستند، جایی که خرابی یک گزینه نیست.
استحکام استثنایی در دمای بالا: آنها بخش بالایی از استحکام دمای اتاق خود را در دماهای نزدیک به نقطه ذوب خود حفظ میکنند، عمدتاً به دلیل فاز رسوبی پایدار و منسجم گاما پرایم (γ') [Ni3(Al, Ti)].
مقاومت برجسته در برابر خزش: آنها در برابر تغییر شکل تحت تنش مکانیکی ثابت در دماهای بالا مقاومت می کنند، یک ویژگی حیاتی برای پره ها و دیسک های توربین است که باید فاصله های دقیق را در دوره های طولانی حفظ کنند.
مقاومت در برابر خستگی برتر: ریزساختار فرفورژه، با دانه های تصفیه شده و غالباً جهت دار، مقاومت عالی در برابر شروع ترک و انتشار تحت بارگذاری چرخه ای ایجاد می کند.
مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون و خوردگی: محتوای کروم بالا (معمولاً 10-20٪) باعث تشکیل یک مقیاس کروم محافظ و چسبنده (Cr2O3) می شود که در برابر تخریب در محیط های داغ و اکسید کننده مقاوم است.
پایداری ریزساختاری: آنها برای مقاومت در برابر درشت شدن رسوبات تقویت کننده و تشکیل فازهای مضر توپولوژیکی بسته بندی شده (TCP) در طول قرار گرفتن طولانی مدت در معرض تنش و دمای بالا طراحی شده اند.
سوپرآلیاژهای فرفورژه مبتنی بر نیکل در سختترین کاربردهای چرخشی ضروری هستند:
موتورهای جت هوافضا:
دیسک های توربین: حیاتی ترین کاربرد. دیسکها با سرعتها و تنشهای چرخشی بالا کار میکنند و به تعادل عالی از استحکام کششی، عمر خستگی و چقرمگی شکست نیاز دارند. آلیاژهایی مانند Inconel 718 و Waspaloy استانداردهای صنعتی هستند.
شفت ها، اسپیسرها و قطعات کمپرسور.
توربین های گازی زمینی: برای تولید برق، در دیسک ها و پره های توربین استفاده می شود.
موتورهای موشک: برای قطعات توربوپمپ که در محیط های شدید به نسبت استحکام به وزن بالایی نیاز دارند.
راکتورهای هسته ای و اتصال دهنده های با دمای بالا.
جدول زیر ویژگی های کلیدی را برای یک مرور کلی خلاصه می کند:
| ویژگی | توضیحات | مزیت |
| مسیر تولید | پردازش حرارتی مکانیکی ( آهنگری، نورد). | یک ساختار دانه ای تصفیه شده و یکنواخت برای مقاومت کششی و خستگی برتر در دمای پایین ایجاد می کند. |
| فاز تقویت کلید | گاما اول (γ') [Ni3(Al, Ti)] رسوب می کند. | مکانیزم اولیه برای استحکام در دمای بالا و مقاومت در برابر خزش را فراهم می کند. |
| ویژگی های بحرانی | استحکام کششی و خستگی، مقاومت در برابر خزش، چقرمگی شکست. | ایده آل برای قطعات پر استرس و چرخش بالا مانند دیسک های توربین. |
| فرم های معمولی | بیلت، میله، میله، ورق و حلقه. | پایه اولیه ماشینکاری قطعات دوار حیاتی. |
| آلیاژهای نمادین | Inconel 718، Waspaloy، Alloy 720، René 41، Udimet 720. | نشان دهنده تکامل طراحی آلیاژ برای عملکرد فزاینده. |
| صنایع اولیه | هوافضا (موتورهای جت)، تولید نیرو، موشک. | فشار و دماهای بالاتر موتور را فعال کنید که منجر به راندمان و رانش بیشتر می شود. |
به طور خلاصه، سوپرآلیاژهای فرفورژه مبتنی بر نیکل نشان دهنده اوج علم مواد فلزی برای اجزای چرخشی پر استرس و دمای بالا است. شیمی پیچیده آنها و ریزساختار فرفورژه به دقت کنترل شده آنها را برای پیش بردن مرزهای عملکرد و کارایی در هوانوردی و سیستم های قدرت مدرن ضروری می کند.