Toplotna obdelava je ključni postopek za Supertalys, prilagojen tako, da izboljšajo njihove mehanske lastnosti, saj so moč, odpornost na lezenje, vzdržljivost utrujenosti in mikrostrukturna stabilnost, ki je bila v ekstremnih visokotemperaturnih in visokih stresnih razmerah. Specifični postopki se razlikujejo glede na sestavo zlitine (na osnovi niklja, na osnovi kobalta ali železa) in predvidene uporabe, vendar ključne tehnike vključujejo:
ŽELINJE REŠITVE
Ta korak vključuje segrevanje Supealloy na visoko temperaturo (običajno 900–1250 stopinj, odvisno od zlitine), da se raztopijo intermetalne oborine (npr. 'Ali karbide) in dosežejo enotno, homogeno trdno raztopino. Hitro hlajenje (gašenje vode, olja ali prisilnega zraka) sledi, da "zamrzne" to mikrostrukturo, kar preprečuje, da bi se grobe oborine reformirale. Željenje raztopine izboljša duktilnost in pripravi zlitino za nadaljnje krepitev s kaljenjem padavin. Na primer:
Inconel 718 na osnovi niklja je raztopljeno pri ~ 980 stopinj, da se raztopi "(ni₃nb) oborine, kar zagotavlja prenasičeno matrico.
Haynes 25 na kobaltu podvrže žarjenje raztopine pri ~ 1150 stopinj, da homogenizira svojo kromirano in volframovo porazdelitev.
Staranje (utrjevanje padavin)
Po žarjenju raztopine staranje vključuje segrevanje zlitine na nižjo temperaturo (600–850 stopinj) za daljše obdobje (od ur do dni), da sproži nastanek finih, enakomerno razpršenih intermetalnih oborine. Ti oborini (npr. '-Ni₃ (AL, TI) v nikljevih zlitinah ali fazah lavij v nekaterih zlitinah, ki temeljijo na kobaltu) delujejo kot ovire za dislokacijsko gibanje in drastično povečujejo moč. Številni Supertleys za optimalne rezultate uporabljajo večstopenjsko staranje:
Inconel 718 uporablja dvostopenjski postopek staranja: 720 stopinj za 8 ur (ohlajena peč do 620 stopinj) + 620 stopnja 8 ur, zračno hlajena, za oblikovanje gostih "oborine.
René 95, zlitina na osnovi niklja na visoki trdi, je stara v 870 stopinjah za 1 uro + 650 stopinje za 24 ur za uravnoteženje trdnosti in odpornosti na lezenje.
Vroče izostatično stiskanje (kolk)
HIP združuje visoko temperaturo (do 1200 stopinj) in visok tlak (100–200 MPa) v inertnem plinu (npr. Argon), da se odpravi notranje poroznosti, krči praznine in homogenizira mikrostrukturo. Posebej je kritičen za litine ali praškaste metalurgije, kot je CMSX-4 (enokristalna zlitina na osnovi niklja), ki izboljšuje življenjsko dobo utrujenosti in zmanjšuje okvare, povezane z napako v turbinskih rezilih.
Žarjenje stresa
Ta postopek, ki se izvaja po obdelavi, varjenju ali oblikovanju, segreva zlitino na 500–800 stopinj za lajšanje preostalih napetosti brez spreminjanja primarne mikrostrukture. Preprečuje razpokanje med servisom, bistveno za komponente, kot so raketne šobe ali deli jedrskega reaktorja.
Optimizacija velikosti zrn
Toplotne obdelave lahko nadzorujejo velikost zrn za uravnoteženje lastnosti: Fina zrna povečujejo nizkotemperaturno natezno trdnost, medtem ko bolj groba zrna pri visokih temperaturah izboljšuje odpornost na lezenje. Na primer:
Turbinski diski (pod pogojem z visokim rotacijskim stresom) uporabljajo drobnozrnate supelale (npr. Udimet 720) z nadzorovanim hlajenjem med žarjenjem.
Turbinske rezila (izpostavljene ekstremni vročini) pogosto uporabljajo grobozrnate ali enokristalne superloge (npr. PWA 1480), da povečajo odpornost na lezenje.
Določitev "najmočnejšega" supelala je zapletena, ker je moč odvisna od konteksta: temperature, tipa napetosti (natezna, lezenje, utrujenost) in okoljski pogoji (korozija, oksidacija) vse vloge. Vendar pa v določenih scenarijih izstopa več supelalijev za izjemno moč:
GRX-810
3D-tiskani nikljevi SuperAlloy, ki ga je razvila NASA, GRX-810 ima izjemno moč in trajnost. Je dvakrat močnejši od najsodobnejših 3D-tiskanih superlojev (npr. Inconel 718) pri visokih temperaturah (~ 1093 stopinj) in več kot 1000-krat bolj odporen proti lezenju (počasna deformacija pod konstantnim stresom). Njegova moč izhaja iz edinstvene mikrostrukture nanoskalnih oborine in oksidov, zaradi česar je idealen za hiperzvočna vozila in raketne motorje.
René 95
René 95 ponuja izjemno natezno trdnost (do 1.600 MPa pri sobni temperaturi) in odpornost na lezenje pri povišanih temperaturah, ki temelji na nikljenju. Njegova moč izhaja iz goste mreže oborine, zaradi česar je vrhunska izbira za komponente z visokim stresom, kot so turbinski diski.
Zlitina 718plus
Napredna različica Inconel 718, 718plus nadomešča "oborine z bolj stabilnimi fazami, kar povečuje trdnost pri višjih temperaturah (do 700 stopinj). Ohranja natezne trdnosti, ki presegajo 1.300 MPa, hkrati pa nudijo izboljšano odpornost na lezenje, primerne za plinske turbine.
Zlitine na osnovi kobalta (npr. Haynes 188)
Medtem ko je na splošno manj močne kot zlitine na nikljevi pri sobni temperaturi, kobaltove superloge, kot je Haynes 188, se v visokotemperaturni moči in oksidacijski odpornosti (do 1.100 stopinj). Njihova moč izhaja iz krepitve trdne raztopine s strani volframa in kroma, zaradi česar so kritični za komore za zgorevanje motorja.
GRX-810je pogosto naveden kot najmočnejši v smislu visokotemperaturne trdnosti in odpornosti na lezenje, medtem ko René 95 in 718plus prevladujeta v sobni temperaturi in zmerno visoko temperaturno natezno trdnost. Nalepka "najmočnejša" je na koncu odvisna od potrebnih posebnih meril uspešnosti.
