El tractament tèrmic és un procés fonamental per a superallys, adaptat per millorar les seves propietats mecàniques, com la força, la resistència al fluix, la durabilitat de la fatiga i l’estabilitat microestructural-particularment en condicions d’extrema temperatura d’alta temperatura i d’alta estrès. Els procediments específics varien en funció de la composició de l’aliatge (basada en níquel, basada en cobalt o basada en ferro) i la seva aplicació prevista, però les tècniques clau inclouen:
Solució Analització
Aquest pas consisteix en escalfar el super -alimentació a una temperatura alta (normalment 900–1250 graus, depenent de l’aliatge) per dissoldre els precipitats intermetàlics (per exemple, o carburs) i aconseguir una solució sòlida uniforme i homogènia. El refredament ràpid (disminució de l’aigua, l’oli o l’aire forçat) segueix per “congelar” aquesta microestructura, evitant que les precipitacions gruixudes es reformin. El recuit de solucions millora la ductilitat i prepara l'aliatge per a l'enfortiment posterior mitjançant l'enduriment de les precipitacions. Per exemple:
Inconel 718, basat en níquel, es presenta a la solució a ~ 980 graus per dissoldre "(Ni₃nb) precipita, assegurant una matriu supersaturada.
Haynes basat en cobalt 25 experimenta un recorregut de solució a ~ 1150 graus per homogeneïtzar la seva distribució de crom i tungstè.
Envelliment (enduriment de les precipitacions)
Després del recuit de solucions, l’envelliment implica escalfar l’aliatge a una temperatura més baixa (600-850 graus) durant períodes prolongats (de hores a dies) per induir la formació de precipitats intermetàlics fins i uniformement dispersos. Aquests precipitats (per exemple, '-ni₃ (al, ti) en aliatges o fases de lava de níquel en alguns aliatges basats en cobalt) actuen com a barreres per al moviment de deslocalització, augmentant dràsticament la força. Molts superallys utilitzen envelliment en diversos passos per obtenir resultats òptims:
Inconel 718 utilitza un procés d’envelliment en dos passos: 720 graus durant 8 hores (refrigerat al forn fins a 620 graus) + 620 grau durant 8 hores, refrigerat per aire, per formar precipitats densos.
René 95, un aliatge basat en níquel de gran resistència, té envellit a 870 graus durant 1 hora + 650 grau durant 24 hores per equilibrar la resistència i la resistència al fluix.
Premsa isostàtica calenta (maluc)
HIP combina alta temperatura (fins a 1200 graus) i alta pressió (100-200 MPa) en un gas inert (per exemple, argó) per eliminar la porositat interna, reduir els buits i homogeneïtzar les microestructures. És especialment crític per a les superalloys de repartiment o en pols, com CMSX-4 (un aliatge basat en níquel d’un sol cristall), millorant la vida de fatiga i reduint els fracassos relacionats amb els defectes en les fulles de la turbina.
Recuperació de socors per a l'estrès
Es realitza després de mecanitzar, soldadura o formació, aquest procés escalfa l'aliatge a 500-800 graus per alleujar les tensions residuals sense alterar la microestructura primària. Evita el cracking durant el servei, essencial per a components com els broquets de coets o les peces del reactor nuclear.
Optimització de la mida del gra
Els tractaments tèrmics poden controlar la mida del gra per equilibrar les propietats: els grans fins milloren la resistència a la tracció a baixa temperatura, mentre que els grans més gruixuts milloren la resistència a la fluïdesa a temperatures elevades. Per exemple:
Els discs de turbina (subjectes a estrès rotatiu elevat) utilitzen superallys de gra fi (per exemple, Udimet 720) mitjançant refrigeració controlada durant el recuit.
Les fulles de la turbina (exposades a la calor extrema) solen utilitzar superalls de gra gruixut o monocristal (per exemple, PWA 1480) per maximitzar la resistència del fluix.
Definir el superally "més fort" és complex perquè la força depèn del context: la temperatura, el tipus de tensió (tensil, fluix, fatiga) i condicions ambientals (corrosió, oxidació) tenen un paper. Tot i això, diverses superalloys destaquen amb una força excepcional en escenaris específics:
GRX-810
Un superallot de níquel imprès en 3D desenvolupat per la NASA, GRX-810 presenta una força i una durabilitat extraordinàries. És el doble de fortes que les superallys impreses en 3D d’última generació (per exemple, Inconel 718) a temperatures altes (~ 1093 graus) i més de 1.000 vegades més resistents a la fluïdesa (deformació lenta sota estrès constant). La seva força sorgeix d’una microestructura única de precipitats i òxids a nanoescala, cosa que la fa ideal per a vehicles hipersònics i motors de coets.
René 95
René 95 basat en níquel àmpliament utilitzat en aeroespacial, René 95 ofereix una resistència a la tracció excepcional (fins a 1.600 MPa a temperatura ambient) i la resistència a la velocitat a temperatures elevades. La seva força prové d’una densa xarxa de “precipitats, cosa que la converteix en una elecció superior per a components d’estrès d’alta estrès com els discos de la turbina.
Aliatge 718Plus
Una versió avançada d’Inconel 718, 718Plus substitueix “precipita per fases més estables”, augmentant la força a temperatures més elevades (fins a 700 graus). Manté les forces de tracció superiors a 1.300 MPa, alhora que ofereix una resistència a la creació millorada, adequada per als motors de turbina de gas de propera generació.
Aliatges basats en cobalt (per exemple, Haynes 188)
Tot i que generalment menys forts que els aliatges basats en níquel a temperatura ambient, superalls basats en cobalt com Haynes 188 excel·len en resistència i resistència a l’oxidació d’alta temperatura (fins a 1.100 graus). La seva força es deriva de l’enfortiment de la resolució sòlida per tungstè i crom, cosa que els fa crítics per a les cambres de combustió del motor a reacció.
GRX-810Sovint es cita com el més fort en termes de resistència a alta temperatura i resistència al fluix, mentre que René 95 i 718Plus domina a la temperatura a temperatura ambient i a la temperatura de la temperatura moderada. L’etiqueta “més forta” depèn en última instància dels criteris de rendiment específics necessaris.
