
ซูเปอร์อัลลอยที่ทำจากนิกเกิลเป็นวัสดุประสิทธิภาพสูงประเภทหนึ่งซึ่งออกแบบมาเพื่อความแข็งแรงเชิงกลที่ยอดเยี่ยม ความต้านทานการคืบคลาน และความเสถียรของโครงสร้างที่อุณหภูมิสูง โดยทั่วไปจะสูงกว่า 540°C (1,000°F) คำว่า "ทำขึ้น" บ่งบอกว่าโลหะผสมเหล่านี้ได้รับการขึ้นรูปให้อยู่ในรูปแบบสุดท้ายผ่านกระบวนการทางความร้อนเชิงกล เช่น การตี การรีด หรือการอัดขึ้นรูป ซึ่งส่งผลให้ได้โครงสร้างเกรนที่มีทิศทางละเอียดซึ่งให้คุณสมบัติแรงดึงและความล้าที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะผสมที่หล่อ
สิ่งเหล่านี้เป็นแกนหลักของส่วนประกอบที่หมุนได้ที่อุณหภูมิสูงในการบินและอวกาศและการผลิตไฟฟ้า ซึ่งความล้มเหลวไม่ใช่ทางเลือก
ความแข็งแกร่งที่อุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ: พวกมันยังคงรักษาความแข็งแกร่งที่อุณหภูมิห้องไว้ได้ในปริมาณมากที่อุณหภูมิใกล้จุดหลอมเหลว สาเหตุหลักมาจากเฟสตกตะกอนแกมมาไพรม์ (γ') ที่เสถียรและต่อเนื่องกัน [Ni₃(Al, Ti)]
ความต้านทานการคืบที่โดดเด่น: ต้านทานการเสียรูปภายใต้ความเค้นเชิงกลคงที่ที่อุณหภูมิสูง ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญสำหรับใบพัดและจานกังหันที่ต้องรักษาระยะห่างที่แม่นยำในระยะเวลานาน
ความต้านทานความล้าที่เหนือกว่า: โครงสร้างจุลภาคที่สร้างขึ้นพร้อมเกรนที่ผ่านการขัดเกลาและมักจะเรียงตามทิศทาง ให้ความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อการเริ่มต้นและการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวภายใต้การโหลดแบบวน
ความต้านทานต่อออกซิเดชันและการกัดกร่อนดีเยี่ยม: ปริมาณโครเมียมสูง (โดยทั่วไปคือ 10-20%) ช่วยให้เกิดระดับโครเมียมที่เกาะติดกัน (Cr₂O₃) ที่ป้องกันได้ ต้านทานการย่อยสลายในสภาพแวดล้อมที่ร้อนและเป็นออกซิไดซ์
ความเสถียรของโครงสร้างระดับจุลภาค: ได้รับการออกแบบมาเพื่อต้านทานการแข็งตัวของตะกอนที่เสริมความแข็งแรงและการก่อตัวของเฟสการบรรจุปิดทอพอโลยีที่เป็นอันตราย (TCP) ในระหว่างการสัมผัสความเครียดและอุณหภูมิสูงในระยะยาว
ซูเปอร์อัลลอยที่ทำขึ้นจากนิกเกิลนั้นขาดไม่ได้ในการใช้งานแบบหมุนที่มีความต้องการมากที่สุด:
เครื่องยนต์ไอพ่นการบินและอวกาศ:
แผ่นกังหัน: การใช้งานที่สำคัญที่สุด แผ่นดิสก์ทำงานที่ความเร็วและความเค้นในการหมุนสูง ซึ่งต้องการความสมดุลสูงสุดระหว่างความต้านทานแรงดึง อายุความล้า และความเหนียวของการแตกหัก โลหะผสมเช่น Inconel 718 และ Waspaloy เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม
เพลา สเปเซอร์ และส่วนประกอบของคอมเพรสเซอร์
กังหันก๊าซบนบก: สำหรับการผลิตไฟฟ้า ใช้ในจานกังหันและใบพัด
เครื่องยนต์จรวด: สำหรับส่วนประกอบเทอร์โบปั๊มที่ต้องการอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และตัวยึดอุณหภูมิสูง
ตารางต่อไปนี้สรุปคุณสมบัติหลักเพื่อให้เห็นภาพรวมโดยย่อ:
| คุณสมบัติ | คำอธิบาย | ข้อได้เปรียบ |
| เส้นทางการผลิต | การประมวลผลทางความร้อนเชิงกล (การตี การกลิ้ง) | สร้างโครงสร้างเกรนที่ละเอียดและสม่ำเสมอเพื่อแรงดึงที่อุณหภูมิต่ำและความล้าที่เหนือกว่า |
| ขั้นตอนการเสริมสร้างความเข้มแข็งที่สำคัญ | แกมมา-ไพรม์ (γ') [Ni₃(Al, Ti)] ตกตะกอน | เป็นกลไกหลักสำหรับความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและการต้านทานการคืบคลาน |
| คุณสมบัติที่สำคัญ | ความต้านทานแรงดึงและความล้า, ความต้านทานการคืบ, ความเหนียวแตกหัก | เหมาะสำหรับส่วนประกอบที่มีความเค้นสูงและการหมุนสูง เช่น จานเทอร์ไบน์ |
| แบบฟอร์มทั่วไป | เหล็กแท่ง แท่ง แท่ง แผ่นบาง และแหวน | สต็อกเริ่มต้นสำหรับการตัดเฉือนชิ้นส่วนที่หมุนได้ที่สำคัญ |
| โลหะผสมสัญลักษณ์ | อินโคเนล 718, Waspaloy, อัลลอย 720, René 41, Udimet 720 | แสดงถึงวิวัฒนาการของการออกแบบโลหะผสมเพื่อประสิทธิภาพที่มีความต้องการมากขึ้น |
| อุตสาหกรรมปฐมภูมิ | การบินและอวกาศ (เครื่องยนต์ไอพ่น) การผลิตไฟฟ้า จรวด | ช่วยให้เครื่องยนต์มีแรงดันและอุณหภูมิสูงขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพและแรงขับสูงขึ้น |
โดยสรุป ซูเปอร์อัลลอยดัดขึ้นรูปด้วยนิกเกิล เป็นตัวแทนของจุดสุดยอดของวิทยาศาสตร์วัสดุโลหะสำหรับส่วนประกอบที่หมุนด้วยความเครียดสูงและอุณหภูมิสูง เคมีที่ซับซ้อนและโครงสร้างจุลภาคที่ได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวัง ทำให้สิ่งเหล่านี้จำเป็นสำหรับการก้าวข้ามขีดจำกัดของประสิทธิภาพและประสิทธิผลในระบบการบินและระบบพลังงานสมัยใหม่