Super Aliaje Cu Baza Ni

8/13/2019 Super Aliaje Cu Baza Ni

http://slidepdf.com/reader/full/super-aliaje-cu-baza-ni 1/13



consecutive în tabelul periodic al elemenetelor. 7uperaliajele bază -e sunt deormabile, întimp ce superaliajele bază i sau /o pot i deormabile sau de turnătorie, în uncţie deaplicaţia 9 compoziţia dorită.

:roprietăţile controlate din punct de vedere chimic, rezistenţa e$celentă la temperaturămare, precum şi prelucrarea (inclusiv tratamentul termic ) contribuie la producerea pieselor de calitate superioară. /ele mai importante proprietăţi ale superaliajelor sunt#

" rezistenţa la e$punere îndelungată la temperaturi mai mari de ;<44/=" rezistenţa la coroziune şi eroziune la cald.

:rincipalele clase de superaliaje sunt#

>. 7uperaliaje pe bază de -e care conţin /r şi i?. 7uperaliaje comple$e de tip -e"i"/r"/o5. 7uperaliaje pe bază de /o, duriicate prin carburi@. 7uperaliaje pe bază de i duriicate prin călire punere în soluţie<. 7uperaliaje pe bază de i duriicate prin precipitare sau dispersie:entru uncţionarea la temperaturi oarte înalte, au ost testate# metalele reractare din

grupele ' (', b, *a) şi ' (/r, o, 0) materialele ceramice şi aliajele pe bază de titan.

etalele reractare prezintă rezistenţă scăzută la o$idare A sunt limitate numai lautilizarea

în medii neo$idante. aterialele ceramice nu posedă suicientă rezistenţă la şoc

(rezilienţă),ceea ce le coneră o aplicabilitate oarte limitată. liajele pe bază de titan nu pot iutilizate la

temperaturi înalte din cauza ainităţii lor oarte ridicate pentru elementele interstiţiale şi a

rezistenţei scăzute la luaj. În aceste condiţii, singurele care îndeplinesc condiţiile de

rezistenţă şi temperatură rămân superaliajele.

Clasificarea superaliajelor % sumară clasiicare a superaliajelor poate i ăcută luând în considerare următoarele

criterii#>. !upă metoda de obţinere#

• superaliaje obţinute prin retopire=• superaliaje obţinute prin metalurgia pulberilor.

?.!upă destinaţie#

• superaliaje de turnătorie=• superaliaje deormabile.

5.!upă compoziţie chimică#

• aliaje bază i (în cadrul acestora, ca o grupă distinctă, intră aliajele bază i " -e)=

• aliaje bază cobalt=• aliaje bază crom.

:rincipalele clase de superaliaje sunt#

>. 7uperaliaje pe bază de -e care conţin /r şi i=?. 7uperaliaje comple$e de tip -e"i"/r"/o=5. 7uperaliaje pe bază de /o, duriicate prin carburi=@. 7uperaliaje pe bază de i duriicate prin călire punere în soluţie=<. 7uperaliaje pe bază de i duriicate prin precipitare sau dispersie.:entru uncţionarea la temperaturi oarte înalte, au ost testate# metalele reractare din

grupele ' (', b, *a) şi ' (/r, o, 0) materialele ceramice şi aliajele pe bază de titan.

etalele reractare prezintă rezistenţă scăzută la o$idare sunt limitate numai la utilizarea



în medii neo$idante. aterialele ceramice nu posedă suicientă rezistenţă la şoc(rezilienţă),

ceea ce le coneră o aplicabilitate oarte limitată. liajele pe bază de titan nu pot iutilizate la

temperaturi înalte din cauza ainităţii lor oarte ridicate pentru elementele interstiţiale şi a

rezistenţei scăzute la luaj. În aceste condiţii, singurele care îndeplinesc condiţiile de

rezistenţă si temperatură rămân superaliajele.

Superaliaje pe bază de nichel7uperaliajele pe bază de nichel au acest element în proporţie ma$imă (54"B< 6), în

compoziţia chimică unde se mai găsesc cantităţi semniicative de /r (până la 54 6),însoţit de

-e (până la ma$. 5< 6), o, 0 şi *a. !uriicarea acestor superaliaje se ace prin alierea

soluţiei solide sau prin precipitarea secundară de compuşi intermetalici. Clementele care

ormează compuşi intermetalici sunt l, *i şi b. :entru îmbunătăţirea rezistenţeimecanice şi

la coroziune se adaugă mici cantităţi de l, *i, b, o şi 0.

/ombinaţia de i şi /r coneră acestor aliaje o remarcabilă rezistenţă la o$idare,superioară oţelurilor ino$idabile, în special la temperaturi mai mari de ;<44/.

a D 7uperaliajele duriicate prin alierea soluţiei solide sunt utilizate după recoacere#

• joasă, între 8B4 şi E844/, pentru obţinerea celor mai mari valori ale rezistenţei latracţiune

• şi la oboseală=• înaltă, între >>?4 şi >?444/, pentru obţinerea unor valori optime ale rezistenţei la

oboseală• şi la luaj,peste ;444/

• b " 7uperaliajele duriicate prin precipitare conţin l, *i sau b. /ompuşiiintermetalici care

• precipită pot i FG Hi5(l, *i)I sau FJ (i5b). /ălirea de precipitare constă din punerea în

• soluţie între EB4 şi >>B<4/ urmată de una sau mai multe reveniri între ;44 şi 8><4/.• &nele mărci de superaliaje pe bază de nichel, la care duriicarea se realizează prin• alierea soluţiei solide sau precipitare.

Consideraţii teoretice priind co!poziţia chi!ică"

structura #i proprietaţile superaliajelor bază Ni/ercetările metalurgice în domeniul obţinerii de noi mărci de superaliaje au contribuit înmare măsură la progresele importante realizate de industria aerospaţială.

liajele pentru utilizarea la abricare a turbinelor cu gaze trebuie să satisacă criteriilestringente privitoare la rezistenţa şi alungirea la tracţiune, rezistenţa şi alungirea la luajulcu9ără rupere şi rezistenţa la anduranţă la oboseală oligociclică, pentru a menţiona doarcâteva caracteristici. lte câteva caracteristici izice controlate de obicei sunt# densitatea,conductivitatea termică şi dilatarea termică.

În orice caz, superaliajele au importantă vitală şi în schimbătoarele de căldură de înaltătemperatură pentru aplicaţii în domeniul energetic, precum şi în alte diverse aplicaţii cu

uncţionare în condiţii dure.



Co!pozitia chi!ica a superaliajelor cu baza Ni/ele mai des utilizate superaliaje sunt cele bază i şi cele bază /o.

7uperaliajelor bază i li s"au adăugat proporţii de ier, în cantitaţii dierite, pentru areduce costul aliajelor utilizabile pentru piesele orjate mari, separându"se astel douăgrupe importante de superaliaje# cele bază i " -e şi cele cu bază -e.

% listă reprezentativă a superaliajelor şi a compoziţiilor este reprezentată în tabelul demai jos.*oate sistemele de superaliajele sunt subdivizate în superaliaje de turnătorie şisuperaliaje deormabile.

Compoziţia chimică a unor superaliaje reprezentativeliaje /r i /o o 0 b *i l -e / ltele!eormabile

1ază -e

?8;

ncoloK E45

1ază -eD/r

>B"@4 /uo>E"E!L

1ază /o

3Knes ?<

7atelite ;1

1ază i

nconel ;?<

imonic B<Î >44

+ene E<

*urnate

1ază i

Î B>5/

nconel B>8

&dimet <44

1ază /o

+" 54?

i+esist ?>5

1ază /r

/hrome"E47

/"?4B

><

M4,>

>;>E

?4

54

?>,<

>E,<>4

>@

>?,<

>E

>8

?>,<

?4

E?,<

E>

?;

58

>@E,4

>4

>

;>

B<;4

;>

B@

<5

<5

"

4,<

"

"

"

><

""

<4

;>,<

"

"><

8

"

"

>B

<8

;@

"

"

>,?

4,>

?,<>,?<

"

"

E

"5

5,<

@,?

5

@

"

"

"

"

"

"

">>,<

><

@,<

"

""

5,<

"

"

"

>4

@,<

"

B,<

"

5,4

4,@4,@

"

"

5,;

""

5,<

4,E

<

"

"

"

"

4,82

?,4

>,@

4,54,5

"

"

4,?

4,@@,B

?,<

4,8

4,E

5

"

"

4,<

4,?

4,?

4,B

""

"

"

4,?

4,><<,<

5,<

;

4,<

5

"

5,<

?,<'

"

<<

@>

;?,<;;,8

5

>

?,<

?,<M4,;

M4,5

"

>8

?

4,<

4,<

>7i

"

4,4@

4,4@

4,>?4,5

4,>

>

4,4<

4,>?4,><

4,>;

4,>?

1,'

"

n,7i,/un,7i

>,<n

"

"4

4,?</u',2r,1

1,2r

>,B<*a,1

4,>/u

"

E*a,4,?2r,

1

;,<*a,2r,N

5g%



!in tabel se constată că superaliajele au o compoziţie oarte comple$ă şi dupăelementele componente se pot clasiica#

elemente de bază. i, /r, l, *i=elemente de adaos# /o, o, 0, *a, 2r, 1,'=elemente însoţitoare# n, 7i, :, 7, %, , -e=elemente nocive# 7n, 1i, :b, g, /u.

$le!entele i!portante %n constituirea aliajelor pe bază

de Ni!in gruparea acestor elemenete după cum se observă că ele tind sistematic spre anumitegrupe din tabelul lui endeleev.

stel, în prima categorie intră elemenetele din grupa ', ', '(i, /o, -e, /r, o, 0,') care alcătuiesc matricea austenitică (cc). !in a doua categorie ac parte elementeledin grupele , ' şi ' (*i,/o,*a) care alcătuiesc precipitalul (i5l) şi care pot înlocuil din precipitat. !in a treia categorie ac parte elementele din grupele , şi ' (g,1, / şi 2r) care segregă la limetele de grăunte.

!in alt punct de vedere, elementele de aliaj se pot clasiica în#

• elementele ce ormează carburi (carburigene)# /r, o, 0, ', b, *a şi *i=• elementele ce ormează o$izi rezistenţi la diuzie şi deci protector pentru atacul

mediului înconjurător (/r, l).

&acro #i !icrostructurta superaliajelor baza Ni %n stareturnată

În prezent sunt cunoscute superaliaje cu dierite structuri cristaline cum ar i#

• aliaje cu structuri echia$e, care se obţin în absenţa răcirii dirijate şi au grăunţiia$iali (apro$imativ identic dezvoltaţi aţă de centru).

ivelul rezistenţei şi reractarităţii superaliajelor cu o astel de structură depinde de

perecţiunea limitelor grăunţilor, ce poate i controlată prin microaliere şi de condiţiile desolidiicare care asigură uniormitatea granulaţiei. Limitele grăunţilor reprezintă cel maivulnerabil loc al aliajelor cu structură echia$ă.

"aliaje cu structură direcţională care constau în grăunţi dezvoltaţi pe direcţia acţinuiiorţei de bază (e$# gradientul de temperatură în timpul răcirii dirijiate).

-aliaje cu structură monocristalină!acă la o cristalizare direcţionată se asigură condiţii de solidiicare dintr"un centru (e$. #olosirea unui agent de cristalizare monocristalin) se obţine o structură monocristalină.

Constituenţi structurali %n superaliaje bază nichel!atorită numărului mare de lemente de aliere, superaliaje pe bază de nichel au omicrostructură e$trem de comple$ă.

icrostructura acestora constă, în principal, din matricea de bază " aza ( (cc), în care au precipitat# o ază ină, uniorm dispersată, numită aza γ

G (cc), unul sau mai multe tipuride carburi şi aze minore de tipul# nitrurilor, carbonitrurilor, borurilor, aze Laves, µ, σ.

Matricea de austenită

În superaliajele bază nichel, matricea (aza γ ) este o soluţie solidă de elemente de alieredizolvate în i. La răcirea din starea lichidă încep să precipite carburile (în apropierea

liniei solidus ), iar la temperaturi mai joase începe să precipite aza γ G. /ompoziţiasoluţiei solide în nichel este oarte mult modiicată în urma răcirii şi mai ales în urma



aplicării dieritelor tratamente termice (determină creşterea azei γ G şi a carburilor), astelîncât soluţia se poate îmbogăţii în /o şi /r.

&nele elemente de aliere ca# 0, o, /r duriică matricea, iind de asemenea importanteşi în ormarea carburilor= carburile au rol determinant în asigurarea unei stabilităţistructurale. :rezenţa /r asigură o bună rezistenţă la coroziune. /o creşte solubilitateaazei ( cu temperatura, ceea ce ace să crească temperatura ma$imă la care poate iutilizat aliajul. l şi *i sunt oarte importante datorită tendinţei lor de a orma o ază ină.

În superaliajul turnat, aza γ se prezintă ca o soluţie solidă suprasaturată de i din care, înurma tratamentului termic, precipită aza γ G şi carburi comple$e conorm reacţiei#

Clementele dizolvate în i duc la mărirea parametrului de reţea.

Faza ’

Cste o ază duriicatoare intermetalică, bazată pe compusul intermetalic i5l care precipită din soluţia solidă suprasaturată (. În structura superaliajelor, atomii de l pot isubstituiţi parţial de atomii de *i, b şi /o, astel încât aza (G este un compusintermetalic comple$ de tipul i5(l, *i,b, /o). rezistenţa mecanică deosebită asuperaliajelor pe bază de i este conerită de precipitarea uniormă a azei (G au ostructură cubică cu eţe centrate, dierenţa dintre parametrii de reţea iind de obicei sub4,4<6 (ai5lO5,<8E , ai O 5,<?@).

Carburile7pre deosebire de aliajele neeroase în care / şi carburile sunt considerate dăunătoare, însuperaliajele bază i, / participă la ormarea carburilor cu rol în stabilizarea structurii ladeormări la temperaturi mari. 7tabilitatea structurală este realizată prin ormarea unorreţele de carburi comple$e la limita grăunţilor. ceste elemnte inhibă deplasareagrăunţilor, îmbunătăţind proprietăţile de luaj la rupere. *ratamentul termic caută săconducă la precipitarea uniormă şi ină, la graniţele intercristaline, a carburii ?5/;.

/arbura cea mai stabilă în superaliajele bază i este cea de tip / (unde este, în principal, *i). orologia carburilor de tip / pentru aliajul turnat, depinde de viteza derăcire. &na din proorietăţile cele mai importante ale acestor carburi este posibilitatea de a

se descompune în aza γ G şi carbura ?5/; conorma reacţiei prezentate în ecuaţia (>).În carbura de tip ?5/; (cea mai recventă carbură observată în superaliajele pe bază de i), poate i /r, /o, o, i, *i, 0 în uncţie de compoziţia şi tratamentul termic.

/arburile ?5/; sunt nişte particule discrete ale unei aze precipitate la limtia grăunţilor.!e asemenea, carbura ?5/; poate precipita intragranular, sub ormă de plachetemarcate. În acest caz apare un eect de ragilizare. Cectul acestor precipitate conduce laracilizarea aliajelor.

lte carburi care pot apărea în structura superaliajelor sunt ;/ şi B/5.

/arburile ;/ sunt considerate mai stabile decât carburile ?5/;, dar mai puţin stabiledecât carburile de tip /. +adicalul poate i metal reractar (o, 0, b) sau metalede tranziţie (-e, i, /o).

/arburile B/5 se găsesc în câteva superaliaje şi sunt relativ nestabile. Cle precipită atâtinter cât şi intragranular, radicalul iind de obicei /r. ceste carburi apar, în general, lae$punerea îndelungată la temperaturi sub E5B4/ prin transormarea carburilor ?5/;.

Fazele minore

-azele minore (nitruri, boruri, carbonitruri, aze Laves, µ, σ) sunt considerate în generaldăunătoare perormanţelor aliajelor.

itrurile apar deseori în superaliajele bază i, de obicei sub orma compusului *i.

zotul şi carbonul au ainitate apropiată pentri titan, astel încât cei doi compuşi, *i şi*i/ ormează de obicei carbonitruri.



1orurile segregă la marginile grăunţilor sub orma 51? în super aliaje cu conţinut de1 cuprins între 4,448 D4,44<6.

-aza Laves este un compus intermetalic de orma 1?, criteriul de ormare iind caraportul razelor atomice ale celor două elemente să ie în domeniul >,48 D >,45?. Însuperaliajele bază i, azele Laves precipită sub orma de plachete intragranulare.

-azele ( şi ( au o ormologie apropiată= ele apar în supraeţe atacate sub ormă aciculară.Cectul prezenţei lor asupra proprietăţilor superaliajelor nu este încă bine determinat.

-aza γ G de structură cc, în coerenţă cu γ s"a dovedit a i structura optimă asuperaliajelor comerciale.

:rezenţa azei γ G D tetragonală conduce la o structură necorespunzătoare din punct devedere al proprietăţilor superalijului, datorită coerenţei slabe cu matricea de bază D aza γ .

:rin tratament termic de îmbătrânire, într"o oarecare măsură şi prin recoacere, γ G Dtetragonal se poate transorma în γ G D cubic.

'roprietăţile fizico ( !ecanice #i de coroziune alesuperaliajelor

>. :roprietăţi izice?. :roprietăţi mecanice#

• :roprietăţi la tracţiune• +uperea prin luaj9 tensiune• +ezistenţa la oboseală• +ezistenţa la coroziune9 o$idare

Proprietăţi fizice/ele mai importante proprietăţi izice ale superaliajelor sunt#

>. densitatea?. temperatura curbei lichidus (de topire)5. temperatura curbei solidus (de solidiicare)

@. căldura speciică<. conductivitatea electrică;. rezistivitatea electricăB. permeabilitatea magnetică8. temperatura /urie



Proprietăţi mecanice

Rezistenţa la oboseală7"a estimat că cca. E4 6 dintre structurile inginereşti cad din cauza oboselii. ceasta sedatorează aptului că solicitările ciclice din timpul uncţionării, mai ales cele produse devibraţiile rezonante, sunt mai diicil de prevăzut decât sarcinile statice iar comportarea

materialelor inginereşti atunci când sunt supuse la solicitări ciclice, este determinată decaracteristicile micro şi macroscopice ale materialului.

/a şi cele statice, ruperile la oboseală sunt clasiicate în ruperile la temperatură joasă, latemperatură înaltă şi mi$te. +uperile la temperatură joasă se caracterizează prin iniţiere şi

propagare intragranulară iar cele de la temperatură înaltă sunt preponderent intergranulare.*ranziţia de la comportamentul la temperatură joasă la cel la temperatură înaltă în vecinătatea

punctului echicoeziv, depinde de temperatură, tensiune, viteză de deormare şi tipulsuperaliajului.%boseala la temperatură joasă este caracterizată printr"un stadiu de inducere, încare se produc sub tensiune benzi de alunecare ce se dezvoltă în microisuri. icroisurile se

progagă de"a lungul planelor de alunecare spre interior iar unirea lor duce la ormarea

unei macroisuri. &rmează o perioadă de propagare lentă de"a lungul unui plannecristaligraic, normal la direcţia tensiunii principale aplicate, care sârşeşte cu propagarea şiruperea rapidă. La superaliajele duriicate prin alierea soluţiei solide, datorită rezistenţeiridicate la alunecare şi a înaltei capacităţi de ecruisare, rezistenţa al oboseala la temperatură

joasă este scăzută. !in cauză că azele precipitate nu sunt uniorm distribuite şi nici nu suntstabile la temperaturi ridicate, superaliajele duriicate prin precipitare au o rezistenţă maicoborâtă la oboseală la temperaturi scăzute. &n eect similar îl au şi incluziunile şi golurile, careavorizează iniţierea isurilor, precum şi carburile masive precipitate intragranular.

%boseala la temperaturi înalte este caracterizată drept o repere prin luajul ciclic.%dată cu creşterea temperaturii, isurarea de"a lungul benzilor de alunecare este înlocuită prinruperea intergranulară. % ormă particulară de oboseală la temperaturi înalte este reprezentată prinoboseala termică. ceasta constă din cicluri de încălzire sau răcire neuniormă, în urma cărora iaunaştere tensiuni interne. !upă încălzirea neuniormă aceste tensiuni sunt de compresiune înzonele mai calde şi de întindere în zonele mai reci. !upă răcirea neuniormă tensiunile îşi schimbăsemnul. tunci când tensiunile ating o valoare suicient de ridicată, după repetarea lor de unnumăr suicient de mare, se produce o rupere localizată numită isurare la oboseală termică.

Rezistenţa la coroziune/oxidare

7uperaliajele sunt supuse la eectele deterioratoare ale atmoserei de lucru, coroziunii la cald şio$idării. !in punct de vedere al rezistenţei la acţiunea degradantă a mediului, cel mai

impostant element de aliere este cromul, prezent la majoritatea superaliajelor.%dată cu creşterea temperaturii de uncţionare a superaliajelor s"a constat că cantitatea decrom nu poate i majorată peste o anumită limită, ără a deteriora rezistenţa mecanică. În acestesituaţii s"a recurs la acoperiri.

&na dintre cele mai importante probleme legate de o$idarea superaliajelor este inluenţaacesteia asupra duratei de uncţionare a componentei respective, în urma reducerii secţiunii

portante şi a introducerii concentratorilor de tensiuni care înrăutăţesc rezistenţa la oboseală.ceste eecte produc e$oliere, o$idare internă, aşchierea şi vaporizarea o$izilor. +ezistenţa lao$idare este dată de ormarea unei pelicule protectoare de o$izi /r ?%5 şi l?%5. tunci cândsulul şi sarea sunt introduse în atmosera de uncţionare, se produce o puternică corodare la

cald. :eliculele de o$izi pot ace aţă acestei coroziuni.



7uperaliajele au proprietăţi deosebite de rezistenţă la acţiunea actorilor corozivi e$terni. Latemperaturi mai mici sau egale cu cca. >>@<4/ coroziunea nu este o problemă majoră. Latemperaturi mai ridicate, sub P >?<<4/, nivelul rezistenţei la o$idare este în uncţie deconţinutul de /r (/r ?%5 se ormează ca un o$id de protecţie)= peste apro$imativ >?<<4/, /r şil contribuie concomitent la protecţia împotriva o$idării. l duce la ormarea unor pelicule

de supraaţă D l?%5, cu rol protector./u cât este mai mare conţinutul de /r,cu atât este necesar mai puţin l, pentru ormarea unuistrat mai mare de protecţie de l?%5.

&nul dintre cele mai studiate procese de o$idare accelerată este coroziunea la cald (câteodatăcunoscută sub numele de sulidare). :rocesul de coroziune la cald este separat în douăregimuri# la temperatură mică şi la temperatură mare. :rincipala metodă de combatere acoroziunii la cald este olosirea unui conţinut ridicat de crom în aliajul de bază.

7uperaliajele au ost comparate, în general cu alte sisteme, din punct de vedere al e$puneritermice în timpul e$ploatării, ţinând cont de anumite dierenţe datorate naturii precipitatuluiγ G. ajoritatea aliajelor cu aze secundare suportă o degradare a proprietăţilor, datoratăcoalescenţei azelor secundare, care diminuează eicienţa aliajelor. ceastă comportare o au şisuperaliajele= ea se maniestă prin enomene ca aglomarea azei γ G şi apariţia uneimacrogranulaţii= de asemenea, apar precipitări ale carburilor. ceastă comportare o au şisuperaliajelor= ea se maniestă prin enomene ca aglomarea azei γ G şi apariţia uneimacrogranulaţii= de asemenea, apar precipitări ale carburilor. În plus, superaliajelor pot săaibe tendinţa de ormare a unor aze secundare, mai puţin dorite, care reduc nivelul

proprietăţilor. -ormarea unor dintre aceste aze poate i împiedicată prin aplicarea unuicontrol compoziţional dirijat de conceptul numărului de vacanţe electronica.

'ariabilele microstructurale principale ale superaliajelor sunt#

• cantitatea de precipitat şi morologia sa=• mărimea şi orma grăuntelui=• distribuţia carburilor.

/ontrolul structurii este realizat prin selectarea9modiicarea compoziţiei şi prin prelucrare. Lao compoziţie nominală dată, e$istă anumite avantaje şi dezavantaje ale proprietăţilor, uncţiede structura obţinută (ie prin prelucrarea la deormare ie prin turnare).

7uperaliajele cu bază -e şi i au o structură tipică,constituită din aza γ G dispersată înmatricea de bază γ , iar rezistenţa lor este uncţie de racţia volumică γ G (' γ G) în volumul totalig.?.5.>. 'alorile cele mai mici ale ' γ G apar la prima generaţie de superaliaje pe bază de işi pe bază de -e, în care ' γ G este mai mic decât 4,?<6 din volum. -aza γ G este de obiceiseroidală, în aliajele cu ' γ G mai mic şi adesea cuboidală în superaliajele cu bază i, cu ' γ Gmai ridicat (Q4,5<).

+ezistenţa superaliajelor este controlată de distribuirea intergranulară= totuşi rezistenţadovedită de aliajele policristaline este determinată de starea limitelor de grăunte, în specialatunci când este aectată morologia şi distribuţia carburilor.

% carbură discontinuă situată la limita intercristalină contribuie la mărirea supraeţei şi deci,contribuie în mod drastic la reducerea duratei de rupere chiar dacă rezistenţa la tracţiune şi laluaj pot i relaitv neaectate.

7uperaliajele deormabile bază -e, i sunt prelucrate până la obţinera proprietăţilor optime la

oboseală şi tracţiune. În acelaşi timp, atunci când au ost olosite aliajele deormabile pentru



aplicaţiile limitate la luaj, cum ar i paletele de turbină cu gaz utilizate la presiune ridicată, auost aplicate tratamente termice dierite de cele olosite pentru utilizări limitate la tracţiune.

*ratamentele termice comple$e aplicate aliajelor deormabile au avut ca scop producerea unordispersii uniorme a azei γ G corelată cu o distributie potrivită a carburilor. !eşi tratamenteletermice standard constau, în general, din trepte succesive la temperaturi micşorate, anumiteregimuri prevăd una sau mai multe îmbătrâniri.

ărimea azei (G poate i inluenţată de viteza de răcire, ca şi durată de menţinere la dieritetemperaturi de îmbătrânire. stel, mărimea secţiunii devine o variabilă importantă în relaţiile

proprietate9structură, în special la discurile turbinei cu gaz la care calibrele groase coe$istă cudiscurile de răcire subţiri în aceeaşi piesă iar vitezele de răcire obţinute sunt dierite pentruiecare zonă.

-ormarea unei aze compacte din punct de vedere topologic, cum ar i Laves şi µ, esteconsiderată ca iind raportată la vacanţele electronice e$cesive din metalele de bază (-e, i,sau /o).

7chimbările morologice ale azei γ G au loc prin e$punere la temperaturi mari. !e obicei, azaγ G ormează granule mari şi se aglomerează sub inluenţa tensiunii. 7upraîncălzirea poate sădetermine o macrogranulaţie accelerată ca şi o punere în soluţie a azei γ . :roprietăţile pot idiminuate în astel de circumstanţe, dar atunci când supraîncălzirea a ost lină, are loc

precipitarea azei ine γ G cu o revenire la temperaturile normale şi o anumită recuperare a proprietăţilor.

+ecuperarea proprietăţilor nu are loc, în cazul unei e$puneri termice suplimentare a azelortopologic compacte sau a azelor η din superaliaje.

ici o recuperare nu este realizată prin e$punere termică, după precipitarea e$cesivă a

carburilor, aşa cum poate să aibă loc în superaliaje bază /o, sau după apariţiamacrogranulaţiei azei (G în superaliajele bază -e şi i. În aceste cazuri, este necesartratamentul termic şi îmbătrânirea pentru reacerea nivelului prorpietăţilor.

În timp ce acest proces poate să ie satisăcător pentru aliajele degradate prin e$puneretermică, e$punerea în timpul e$ploatării sub sarcină, produce pierderi ale proprietăţilor(datorate în parte isurării la luaj) care nu pot i recuperate printr"un tratament termic simplu,cel puţin în cazul superaliajelor comerciale cele mai comple$e. -olosirea presării izostatice lacald combinată cu tratamente termice de îmbătrânire şi punere în soluţie a superaliajelore$puse, a demonstrat că se poate obţine o ameliorare a prorpietăţilor, în măsura în care acest

proces de recuperare este viabil din punct de vedere economic.

Aliaje bază Ni Rezistenţa la rupere la fluaj 100 ore/20000 psi, 0F

>@44 ><44 >;44

>B44>844

liaje

!eormabile

*aRbR

lR*i 6

oR

0 6

/r

6

/o

6

i

6

ltele

6

/%CL D SB<4

@,? " >< " B5 B-e



D ?<? 5,; >4 ?4 >4 << "07:L%N @,5 @,5 >E >5 <8 "

%/ >>< E,4 5,< >< >< <B "7*+%L%N B,E <,? >< >< <B "-? D ! E,> E,4 >? >4 <E "

liaje deturnare&!C*<44 ;,4 @,? >E >8 <? "+CC BB B,E @,? >@,

;

>8,< <8 "

B>5/ 8,E @,? >?,

<

" B@ "

B58 E,< @,@ >; 8,< ;> "1 D >E44 >> ; 8 >4 ;@ "

>44 >4,? 5 >4 >< ;4 4,E'4,<3

7 D *+0

'

><,E B,8 ;,> B,< ;> 4,5+e

Aplicatiile superaliajelor

Aplicaţii tip disc pentru temperaturi ridicate

/riteriile principale de proiectare a discurilor pentru temperaturi înalte sunt rezistenţa la

curgere, ardere, oboseală şi luaj. -luajul joacă rolul predominant din cauza creşteriicontinue a temperaturilor de uncţionare a discurilor.

!acă se compară evoluţia proprietăţilor aliajului cu creşterile temperaturii de ieşire se poate observa cu uşurinţă că materialele convenţionale nu mai ac aţă. &tilizarea metalurgiei pulberilor pentru compoziţiile modiicate de superaliaj ">44 a permis atingerea uneiîmbunătăţiri substanţiale a raportului rezistenţa9 densitate.

Aplicaţii tip arzător

rzătorul este un dispozitiv simplu unde se eliberează cantităţi oarte mari de căldură într"unvolum redus, ceea ce duce la o creştere locală însemnată de temperatură.

:rincipalele criterii de proiectare a arzătoarelor sunt rezistenţa la oboseală termică,toleranţa la supraîncălziri locale, rezistenţa la coroziune"eroziune şi rezistenţa la luaj.!e"a lungul anilor a e$istat o tendinţă de creştere a capacităţii aliajelor de a rezista latemperaturi înalte dar nu suicientă pentru a ţine pasul cu progresul temperaturilor decombustie. !eicitul este completat prin soluţii constructive noi cum ar i răcirea cu aer.

Aplicaţii tip aerofolie pentru temperaturi ridicate

:entru aplicaţiile de tip aeroolie pentru temperaturi ridicate cele mai importante criterii dealegere a materialului sunt rezistenţa la luaj, rezistenţa la rupere, rezistenţa la obosealătermică şi la deteriorarea palelor de către mediu (pentru aerooliile rotative).

!in punct de vedere istoric, superaliajele pe bază de nichel duriicate prin precipitare au oste$ploatate cu succes pentru contrucţia aerooliilor de turbine. :erecţionările succesive aleajiajelor nu au putut ace aţă creşterile de temperatură generate de evoluţia motoarelor de tip



turbină. !in acest motiv, aerooliile s"au acut la început din materiale orjate, apoi printurnare şi în ine s"au adoptat soluţiie de răcire cu aer capabile să asigure o durabilitatesatisăcătoare în timpul ucnţionării.

/hiar şi în condiţiile răcirii cu aer, condiţiile de majorare a rezistenţei au crescut, ceea ce aimpus şi majorarea caracteristicilor superaliajului. )ceastă ultimă condiţie a impusutilizarea turnării cu soliicare dirijată, prin intermediul căreia se obţin piese care conţingrăunţi a$iali orientaţi sau chiar monocristale, care nu conţin de loc limite de grăunţi.

7olidiicarea direcţională şi procedeele de obţinere a monocristalelor îmbunătăţesc rezistenţala oboseală termică şi ductilitatea superaliajului. În elul acesta se pot i utilizate în aplicaţii

practice compoziţii chimice de superaliaje care sunt e$term de ragile atunci când se olosescîn structuri turnate convenţionale.

Aplicaţii criogenice

!eşi superaliajele sunt destinate aplicaţiilor la temperaturi înalte, anumite compoziţii desuperaliaje pe bază de nichel păstrează caracteristici mecanice e$celente la temperaturi

scăzute. În mod normal, toate materialele convenţionale sueră scăderi drastice alecaracteristicilor atunci când sunt răcite sub 44/, cînd devin ragile.

!rept aplicaţii criogenice pot i considerate aeronavele, rachetele (proiectilele),containerele de stocare şi conducetele de transport a gazelor licheiate (o$igen, hidrogen, azot şiheliu) şi vehiculele spaţiale. *oate aceste materiale sunt limitate prin raporturile rezistenţă9densitate.

!atorită apariţiei enomenului de supraconductibilitate la temperaturi mai mici de ?;44/ aost nevoie să se dezvolte dispozitive care să poată i răcite latemperatura heliului lichid, subormă de mecanisme supraconductoare, magneţi şi sistemedetransmisie.:entru a ace aţăcerinţelor legate de rezistenţă şi rezilienţă ridicată,concomitent cu păstrarea unei plasticităţi

acceptabile, în scopul dezvoltării aplicaţiilor criogenice, s"au dezvoltat superaliaje pe bază denichel.

ichelul este un metal cc care păstrează o rezilienţă şi o ductilitate acceptabilă atunci când esterăcit la temperaturi crigenice. :rin alierea nichelului s"a reuşit mărirea rezistenţei latemperaturi criogenice.

Aplicaţii aerospaţiale

:onderea superaliajelor, în componenţa motoarelor cu reacţie, a crescut de la >4 6în >E<4, la<4 6 în >E8< atingând ;4 6 în >EE5. %dată cu evoluţia tehnicilor de prelucrare, s"a remarcato tendinţă de eliminare a tehnicilor clasice de turnare, cum ar i topirea în aer şi chiar topirea în

vid, optându"se pentru utilizarea metalurgiei pulberilor pentru producerea pieselor dinsuperaliaje utilizate în aplicaţii aerospaţiale.

În ciuda avantajelor oerite de metalurgia pulberilor, e$istă mai multe probleme legate deacest tip de prelucrare care îi limitează utilizarea. :rintre acestea se numără#" reducerea rezistenţei la oboseală din cauza prezenţei incluziunilor melalice şţinemetalice=

• ine$istenţa unui model de simulare a atomizării metalului topit, în cadrul prcesului deobţinere a pulberilor, ace oarte diicil controlul mărimii, ormei şi distribuţieiacestora=

• ine$istenţa unui model adecvat de evaluare a rolului crăpăturilor asupra rezistenţei la

oboseală• lipsa unor metode eicace de determinare a mărimii şi numărului de pori=



Documents

Super Aliaje Cu Baza Ni