
Aliajele forjate la temperaturi înalte pe bază de fier sunt o clasă de materiale metalice cu fier (Fe) ca element principal, concepute pentru a menține o bună rezistență mecanică și rezistență la degradare (cum ar fi oxidarea) la temperaturi ridicate, de obicei în intervalul 540°C până la 760°C (1000°F până la 1400°F). Denumirea „forjată” indică că acestea sunt modelate prin procese termomecanice, cum ar fi laminarea la cald, forjarea sau extrudarea, care își rafinează microstructura pentru a oferi o combinație favorabilă de rezistență, ductilitate și fabricabilitate.
Acestea servesc ca o soluție rentabilă și extrem de versatilă pentru o gamă largă de aplicații la temperaturi înalte, reducând diferența de performanță dintre oțelurile inoxidabile și superaliaje mai scumpe pe bază de nichel sau cobalt.
Rezistență bună la temperatură ridicată și rezistență la fluaj: rezistă la deformare și la deformare lentă, dependentă de timp (deformare) sub sarcină mecanică la temperaturi ridicate, deși limita lor superioară de temperatură este în general mai mică decât cea a superaliajelor pe bază de nichel.
Rezistență excelentă la oxidare și coroziune: O caracteristică cheie este capacitatea lor de a forma o scală de cromie (Cr₂O₃) protectoare, aderentă la suprafață, datorită conținutului ridicat de crom (de obicei 12-28%). Multe clase conțin, de asemenea, siliciu (Si) și aluminiu (Al) pentru a forma solzi și mai stabili.
Cost-eficiență: Bazate pe o matrice de fier, sunt semnificativ mai puțin costisitoare decât alternativele pe bază de nichel sau cobalt, făcându-le materialul de alegere pentru aplicații la scară largă sau sensibile la costuri.
Fabricabilitate bună: natura lor forjată înseamnă că pot fi ușor formate, prelucrate și sudate în componente complexe folosind practici industriale standard.
Performanța la temperatură ridicată a acestor aliaje se realizează prin mai multe mecanisme sinergice:
Consolidarea soluției solide: elemente precum molibdenul (Mo), tungstenul (W) și cromul (Cr) se dizolvă în matricea de fier, împiedicând mișcarea de dislocare și oferind rezistență de bază.
Întărirea precipitațiilor de carbură: formarea de carburi stabile (de exemplu, M₂₃C₆, MC, unde M este Cr, Mo, Nb) la granițele granulelor și în interiorul boabelor ajută la fixarea dislocărilor și a granițelor, sporind rezistența și rezistența la fluaj.
Precipitații cu nitruri și carbonitruri: în anumite aliaje, elemente precum niobiul (Nb) și titanul (Ti) formează nitruri fine sau carbonitruri care asigură o întărire suplimentară a precipitațiilor.
Stabilitate microstructurală: Compozițiile de aliaje sunt echilibrate pentru a rezista la îngroșarea acestor faze de întărire și la formarea de compuși intermetalici dăunători în timpul expunerii pe termen lung la căldură.
Aliajele pe bază de fier forjat la temperatură înaltă sunt cali de lucru în numeroase industrii:
Generare de energie:
Palete și discuri de turbină în turbinele cu abur și treptele cu temperatură scăzută ale turbinelor cu gaz.
Tuburi pentru cazan, tuburi de supraîncălzire și reîncălzire și schimbătoare de căldură în centralele electrice pe combustibili fosili.
Automobile:
Carcase de turbocompresor (Carcase de turbină) care trebuie să reziste la temperaturile gazelor de eșapament.
Tuburi de evacuare și conducte de evacuare.
Cuptoare industriale și tratament termic:
Tuburi radiante, mufe, tăvi și coșuri utilizate în procese de cementare, recoacere și alte procese de tratare termică.
Petrochimie și rafinare:
Tuburi pentru bobinele cuptorului și conducte pentru fluxurile de proces la temperatură înaltă în cracarea catalitică și reformatoare.
Următorul tabel rezumă caracteristicile cheie pentru o privire de ansamblu rapidă:
| Caracteristică | Descriere | Avantaj |
| Element de bază | Fier (Fe), cu mare Crom (Cr) continut. | Oferă o fundație rentabilă cu rezistență inerentă la oxidare. |
| Ruta de fabricație | Prelucrare termomecanica (laminare la cald, forjare). | Rezultă o structură uniformă, cu granulație fină, cu o bună ductilitate și duritate. |
| Întăritori cheie | Soluție solidă (Mo, W); Carbure (Cr, Nb, Mo). | Oferă o combinație echilibrată de rezistență la temperaturi ridicate și stabilitate microstructurală. |
| Interval de temperatură | Performanță bună până la ~760°C (1400°F). | Umple decalajul critic de performanță dintre oțelurile inoxidabile standard și superaliaje de nichel. |
| Beneficiul cheie | Un echilibru optim între performanță, fabricabilitate și cost. | Cea mai economică soluție pentru un număr mare de provocări de inginerie de înaltă temperatură. |
| Aliaje și tipuri comune | Austenitic (de exemplu, 304H, 316H, 321H, 347H); Feritic (de exemplu, 446); Întăribil prin precipitații (de exemplu, A-286, 17-4PH). | Oferă o selecție largă pentru diferite cerințe de temperatură, rezistență și coroziune. |
Pe scurt, Aliaje de înaltă temperatură pe bază de fier forjat sunt o clasă fundamentală și versatilă de materiale care permit o mare parte a ingineriei moderne de temperatură înaltă. Dezvoltarea lor reprezintă o optimizare magistrală a costurilor și performanței, făcându-le indispensabile pentru aplicații de la mașina de familie până la centrala care îi furnizează electricitatea.