
סגסוגות מחושלות מבוססות ברזל בטמפרטורה גבוהה הן סוג של חומרים מתכתיים עם ברזל (Fe) כיסוד העיקרי, שתוכננו לשמור על חוזק מכני טוב ועמידות בפני פירוק (כמו חמצון) בטמפרטורות גבוהות, בדרך כלל בטווח של 540°C עד 760°C (1000°F עד 1400°F). הכינוי "מחושל" מציין שהם מעוצבים על ידי תהליכים תרמו-מכאניים כגון גלגול חם, פרזול או שחול, אשר משכללים את המיקרו-מבנה שלהם כדי לספק שילוב חיובי של חוזק, משיכות ויכולת עיבוד.
הם משמשים כפתרון חסכוני ורב-תכליתי עבור מגוון רחב של יישומים בטמפרטורות גבוהות, ומגשרים על פער הביצועים בין פלדות אל-חלד וסגסוגות-על מבוססות ניקל או קובלט יקרות יותר.
חוזק טוב בטמפרטורה גבוהה ועמידות לזחילה: הם מתנגדים לדפורמציה ולמתח איטי (זחילה) תלוי-זמן תחת עומס מכני בטמפרטורות גבוהות, אם כי גבול הטמפרטורה העליון שלהם נמוך בדרך כלל מזה של סגסוגות-על מבוססות ניקל.
עמידות מצוינת בפני חמצון וקורוזיה: תכונה מרכזית היא יכולתם ליצור אבנית כרומיה (Cr₂O₃) מגנה ונצמדת על פני השטח, הודות לתכולת כרום גבוהה (בדרך כלל 12-28%). ציונים רבים מכילים גם סיליקון (Si) ואלומיניום (Al) כדי ליצור קשקשים יציבים עוד יותר.
עלות-תועלת: בהתבסס על מטריצת ברזל, הם זולים משמעותית מחלופות מבוססות ניקל או קובלט, מה שהופך אותם לחומר הבחירה עבור יישומים בקנה מידה גדול או רגיש לעלות.
כושר יצור טוב: האופי המחושל שלהם אומר שניתן ליצור אותם בקלות, לעבד אותם ולרתך אותם לרכיבים מורכבים תוך שימוש בשיטות תעשייתיות סטנדרטיות.
הביצועים בטמפרטורה גבוהה של סגסוגות אלו מושגות באמצעות מספר מנגנונים סינרגטיים:
חיזוק פתרון מוצק: יסודות כמו מוליבדן (Mo), טונגסטן (W) וכרום (Cr) מתמוססים במטריצת הברזל, מונעים את תנועת הנקע ומספקים חוזק בסיס.
חיזוק משקעי קרביד: היווצרות קרבידים יציבים (למשל, M₂₃C₆, MC, כאשר M הוא Cr, Mo, Nb) בגבולות התבואה ובתוך הגרגרים עוזרת להצמיד נקעים וגבולות גרגרים, ומשפרת את החוזק וההתנגדות לזחילה.
משקעי ניטריד וקרבוניטריד: בסגסוגות מסוימות, יסודות כמו ניוביום (Nb) וטיטניום (Ti) יוצרים ניטרידים עדינים או קרבוניטרידים המספקים חיזוק נוסף של משקעים.
יציבות מיקרו-מבנית: הרכבי הסגסוגת מאוזנים כדי להתנגד להתגבשות של שלבי חיזוק אלו ולהיווצרות תרכובות בין-מתכתיות מזיקות במהלך חשיפה ארוכת טווח לחום.
סגסוגות מחושלות על בסיס ברזל בטמפרטורה גבוהה הן סוסי עבודה בתעשיות רבות:
ייצור חשמל:
להבים ודיסקים של טורבינות בטורבינות קיטור ובשלבים בטמפרטורה נמוכה יותר של טורבינות גז.
צינורות דוודים, צינורות מחמם-על ומחממים מחדש, ומחלפי חום בתחנות כוח של דלק מאובנים.
רכב:
מגדשי טורבו (Turbine Housings) שחייבים לעמוד בטמפרטורות גזי פליטה.
סעפות פליטה וצנרת.
תנורים תעשייתיים וטיפול בחום:
צינורות קורנים, מופלות, מגשים וסלים המשמשים בתהליכי קרבור, חישול ותהליכי טיפול בחום אחרים.
פטרוכימיה וזיקוק:
צינורות לסלילי תנורים וצנרת עבור זרמי תהליך בטמפרטורה גבוהה בקרקרים קטליטיים ורפורמרים.
הטבלה הבאה מסכמת את התכונות העיקריות לסקירה מהירה:
| תכונה | תיאור | יתרון |
| אלמנט בסיס | ברזל (Fe), עם גבוה Chromium (Cr) תוכן. | מספק בסיס חסכוני עם עמידות בפני חמצון אינהרנטית. |
| מסלול ייצור | עיבוד תרמי מכני (גלגול חם, פרזול). | התוצאה היא מבנה אחיד, עדין גרגר עם משיכות וקשיחות טובה. |
| מחזקים מפתח | פתרון מוצק (Mo, W); קרבידים (Cr, Nb, Mo). | מספק שילוב מאוזן של חוזק בטמפרטורה גבוהה ויציבות מיקרו-מבנית. |
| טווח טמפרטורה | ביצועים טובים עד ~760°C (1400°F). | ממלא את פער הביצועים הקריטי בין פלדות אל-חלד סטנדרטיות וסגסוגות-על ניקל. |
| תועלת מפתח | איזון אופטימלי בין ביצועים, כושר יצור ועלות. | הפתרון החסכוני ביותר למספר עצום של אתגרים הנדסיים בטמפרטורה גבוהה. |
| סגסוגות וסוגים נפוצים | אוסטניטי (למשל, 304H, 316H, 321H, 347H); Ferritic (למשל, 446); משקעים מתקשים (למשל, A-286, 17-4PH). | מציע מבחר רחב עבור דרישות שונות של טמפרטורה, חוזק וקורוזיה. |
לסיכום, סגסוגות מחושלות בטמפרטורה גבוהה על בסיס ברזל הם מחלקה בסיסית ורב-תכליתית של חומרים המאפשרים חלק עצום מהנדסת טמפרטורה גבוהה מודרנית. הפיתוח שלהם מייצג אופטימיזציה מופתית של עלות וביצועים, מה שהופך אותם לחיוניים עבור יישומים החל מהמכונית המשפחתית ועד לתחנת הכוח שמספקת את החשמל שלה.