
Superaliajele forjate pe bază de nichel sunt o clasă de materiale de înaltă performanță concepute pentru o rezistență mecanică excepțională, rezistență la fluaj și stabilitate structurală la temperaturi ridicate, de obicei peste 540°C (1000°F). Termenul „forjat” înseamnă că aceste aliaje sunt modelate în forma lor finală prin procese termomecanice, cum ar fi forjare, laminare sau extrudare, ceea ce are ca rezultat o structură fină, direcțională a granulației, care oferă proprietăți superioare de tracțiune și oboseală în comparație cu omologii lor turnați.
Ele sunt coloana vertebrală a componentelor rotative la temperatură înaltă în industria aerospațială și în generarea de energie, unde defecțiunea nu este o opțiune.
Rezistență excepțională la temperatură înaltă: Ei păstrează o fracțiune mare din rezistența lor la temperatura camerei la temperaturi apropiate de punctul lor de topire, în primul rând datorită unei faze de precipitat gamma-prim (γ') stabile, coerente [Ni₃(Al, Ti)].
Rezistență remarcabilă la fluaj: Aceștia rezistă la deformare sub presiune mecanică constantă la temperaturi ridicate, o proprietate critică pentru paletele și discurile turbinei care trebuie să mențină distanțe precise pe perioade lungi.
Rezistență superioară la oboseală: microstructura forjată, cu granulele sale rafinate și adesea aliniate direcțional, oferă o rezistență excelentă la inițierea fisurilor și la propagarea sub încărcare ciclică.
Rezistență excelentă la oxidare și coroziune: conținutul ridicat de crom (de obicei 10-20%) permite formarea unei stropi de cromie (Cr₂O₃) protectoare, aderentă, rezistând la degradare în medii fierbinți, oxidante.
Stabilitate microstructurală: Sunt proiectate pentru a rezista la întărirea precipitatelor de întărire și la formarea de faze topologice compacte (TCP) dăunătoare în timpul expunerii pe termen lung la stres și temperatură ridicate.
Superaliajele forjate pe bază de nichel sunt indispensabile în cele mai solicitante aplicații rotative:
Motoare aerospațiale cu reacție:
Discuri cu turbină: cea mai critică aplicație. Discurile funcționează la viteze de rotație și solicitări mari, necesitând un echilibru suprem între rezistența la tracțiune, durata de viață la oboseală și duritatea la rupere. Aliaje precum Inconel 718 și Waspaloy sunt standarde industriale.
Arbori, distanțiere și componente ale compresorului.
Turbine cu gaz terestre: pentru generarea de energie, utilizate la discuri și palete ale turbinei.
Motoare rachetă: pentru componente de turbopompe care necesită un raport mare rezistență-greutate în medii extreme.
Reactoare nucleare și elemente de fixare la temperatură înaltă.
Următorul tabel rezumă caracteristicile cheie pentru o privire de ansamblu rapidă:
| Caracteristică | Descriere | Avantaj |
| Ruta de fabricație | Prelucrare termomecanica (Forjare, Laminare). | Produce o structură de cereale rafinată, uniformă, pentru rezistență superioară la tracțiune și la oboseală la temperaturi scăzute. |
| Faza de consolidare cheie | Gamma-Prime (γ') [Ni₃(Al, Ti)] precipită. | Oferă mecanismul principal pentru rezistența la temperaturi ridicate și rezistența la fluaj. |
| Proprietăți critice | Rezistență la tracțiune și la oboseală, rezistență la fluaj, rezistență la rupere. | Ideal pentru componente cu stres ridicat, cu rotație mare, cum ar fi discurile de turbină. |
| Forme tipice | Billete, bare, tije, foi și inele. | Stocul de pornire pentru prelucrarea pieselor critice rotative. |
| Aliaje emblematice | Inconel 718, Waspaloy, Alloy 720, René 41, Udimet 720. | Reprezintă evoluția designului aliajului pentru performanțe din ce în ce mai solicitante. |
| Industrii primare | Aerospațial (motoare cu reacție), generare de energie, rachete. | Activați presiuni și temperaturi mai ridicate ale motorului, ceea ce duce la o eficiență și o forță mai mare. |
Pe scurt, Superaliaje forjat pe bază de nichel reprezintă apogeul științei materialelor metalice pentru componentele rotative cu stres ridicat și temperatură ridicată. Chimia lor complexă și microstructura forjată atent controlată le fac esențiale pentru a depăși granițele de performanță și eficiență în sistemele moderne de aviație și energie.