
Op nikkel gebaseerde superlegeringen zijn een klasse hoogwaardige materialen die zijn ontworpen voor uitzonderlijke mechanische sterkte, kruipweerstand en structurele stabiliteit bij verhoogde temperaturen, doorgaans boven 540 °C (1000 °F). De term 'gesmeed' betekent dat deze legeringen in hun uiteindelijke vorm worden gevormd door thermomechanische processen zoals smeden, walsen of extrusie, wat resulteert in een fijne, gerichte korrelstructuur die superieure trek- en vermoeiingseigenschappen biedt in vergelijking met hun gegoten tegenhangers.
Ze vormen de ruggengraat van roterende componenten op hoge temperatuur in de lucht- en ruimtevaart en energieopwekking, waar falen geen optie is.
Uitzonderlijke sterkte bij hoge temperaturen: ze behouden een groot deel van hun sterkte bij kamertemperatuur bij temperaturen dichtbij hun smeltpunt, voornamelijk als gevolg van een stabiele, coherente gamma-prime (γ') precipitaatfase [Ni₃ (Al, Ti)].
Uitstekende kruipweerstand: ze zijn bestand tegen vervorming onder constante mechanische belasting bij hoge temperaturen, een kritische eigenschap voor turbinebladen en -schijven die gedurende lange perioden nauwkeurige spelingen moeten behouden.
Superieure weerstand tegen vermoeiing: De bewerkte microstructuur, met zijn verfijnde en vaak gericht uitgelijnde korrels, biedt uitstekende weerstand tegen het ontstaan en de voortplanting van scheuren onder cyclische belasting.
Uitstekende weerstand tegen oxidatie en corrosie: Het hoge chroomgehalte (doorgaans 10-20%) maakt de vorming van een beschermende, hechtende chroomoxide (Cr₂O₃) aanslag mogelijk, die bestand is tegen degradatie in hete, oxiderende omgevingen.
Microstructurele stabiliteit: Ze zijn ontworpen om weerstand te bieden aan de vergroving van versterkende neerslagen en de vorming van schadelijke topologisch dicht opeengepakte (TCP) fasen tijdens langdurige blootstelling aan hoge spanningen en temperaturen.
Op nikkel gebaseerde superlegeringen zijn onmisbaar in de meest veeleisende roterende toepassingen:
Luchtvaart straalmotoren:
Turbineschijven: de meest kritische toepassing. Schijven werken bij hoge rotatiesnelheden en spanningen, waardoor een uitmuntende balans tussen treksterkte, levensduur tegen vermoeiing en breuktaaiheid vereist is. Legeringen zoals Inconel 718 en Waspaloy zijn industriestandaarden.
Assen, afstandhouders en compressorcomponenten.
Landgebaseerde gasturbines: voor energieopwekking, gebruikt in turbineschijven en -bladen.
Raketmotoren: voor turbopompcomponenten die een hoge sterkte-gewichtsverhouding vereisen in extreme omgevingen.
Kernreactoren en bevestigingsmiddelen voor hoge temperaturen.
De volgende tabel vat de belangrijkste kenmerken samen voor een snel overzicht:
| Functie | Beschrijving | Voordeel |
| Productieroute | Thermomechanische verwerking (smeden, walsen). | Produceert een verfijnde, uniforme korrelstructuur voor superieure trek- en vermoeiingssterkte bij lage temperaturen. |
| Belangrijke versterkingsfase | Gamma-prime (γ') [Ni₃(Al, Ti)] neerslaat. | Biedt het primaire mechanisme voor sterkte bij hoge temperaturen en kruipweerstand. |
| Kritieke eigenschappen | Trek- en vermoeidheidssterkte, kruipweerstand, breuktaaiheid. | Ideaal voor onderdelen met hoge spanning en hoge rotatie, zoals turbineschijven. |
| Typische vormen | Knuppels, staven, staven, platen en ringen. | De uitgangsvoorraad voor het verspanen van kritische roterende onderdelen. |
| Iconische legeringen | Inconel 718, Waspaloy, Legering 720, René 41, Udimet 720. | Vertegenwoordig de evolutie van het legeringsontwerp voor steeds veeleisender prestaties. |
| Primaire industrieën | Lucht- en ruimtevaart (straalmotoren), energieopwekking, raketten. | Maak hogere motordrukken en temperaturen mogelijk, wat leidt tot grotere efficiëntie en stuwkracht. |
Samenvattend, Op nikkel gebaseerde gesmede superlegeringen vertegenwoordigen het toppunt van de metaalmateriaalwetenschap voor roterende componenten met hoge spanning en hoge temperaturen. Hun complexe chemie en zorgvuldig gecontroleerde microstructuur maken ze essentieel voor het verleggen van de grenzen van prestaties en efficiëntie in moderne luchtvaart- en energiesystemen.