Legeringspoeder voor hoge temperaturen

Poeders van legeringen voor hoge temperaturen zijn materialen die bestand zijn tegen extreem hoge temperaturen zonder te vervormen of te verslechteren. Deze geavanceerde materialen zijn van vitaal belang voor toepassingen in extreme omgevingen, zoals straalmotoren, gasturbines, raketten en kernreactoren.

Overzicht van het poeder van de legering op hoge temperatuur

Hoge temperatuurlegeringen, ook bekend als superlegeringen, hebben een uitstekende mechanische sterkte, weerstand tegen thermische kruipvervorming, goede oppervlaktestabiliteit en weerstand tegen corrosie en oxidatie bij hoge temperaturen. De belangrijkste kenmerken zijn:

• Bestand tegen temperaturen boven 1000°C
• Behoud sterkte, taaiheid en stabiliteit bij hoge temperaturen
• Gebruikt voor ultrahete secties van straalmotoren en gasturbines
• Harder dan titaniumlegeringen en de meeste staalsoorten
• Voornamelijk nikkel-, kobalt- of ijzerlegeringen

Samenstelling: Hoge temperatuur legeringen bevatten complexe combinaties van materialen zoals nikkel, kobalt, ijzer, chroom, aluminium, wolfraam, molybdeen, tantaal, niobium enz. in verschillende percentages. De precieze samenstelling is afgestemd op de behoeften van de toepassing.

Productie: Superlegeringspoeder wordt gemaakt met gas- of waterverstuiving van legeringssmelten tot fijne bolvormige poeders die geoptimaliseerd zijn voor additieve productie of thermisch spuiten. Andere poederproductiemethoden zijn onder andere vacuüm inductiesmelten, vacuüm boogsmelten en heet isostatisch persen.

Gebruikelijke typen: Populaire classificaties zijn superlegeringen op basis van nikkel, kobalt en ijzer. Hier zijn enkele veelvoorkomende soorten:

• Nikkel legeringen - Inconel, Hastelloy, Waspaloy, Rene legeringen
• Kobaltlegeringen - Haynes, HS-legeringen
• IJzerlegeringen - A286, 9Cr staal

Belangrijkste eigenschappen: Superlegeringspoeders bieden uitzonderlijke eigenschappen zoals:

• Hoge temperatuursterkte - Voor dragende onderdelen
• Weerstand tegen kruipen en vermoeiing - Cruciaal voor betrouwbaarheid
• Weerstand tegen oxidatie en corrosie - Verslechtering voorkomen
• Thermische stabiliteit - Consistente prestaties wanneer heet
• Lasbaarheid - Voor fabricage en reparatie

Toepassingen van Legeringspoeder voor hoge temperaturen

Dankzij hun extreme temperatuurbestendigheid worden legeringspoeders voor hoge temperaturen gebruikt om onderdelen te maken voor de heetste delen van..:

• Motoren voor straalvliegtuigen
• Gasturbines op land
• Kolenvergassingsinstallaties
• Ruimteraketten en kernreactoren
• Olie- en gasboorapparatuur

Straalmotoren: Superlegeringen maken meer dan 50% uit van geavanceerde straalmotoronderdelen zoals bladen, verbrandingsbuizen en naverbrandingscomponenten. Nikkellegeringen zoals Inconel 718 en René N5 blinken uit in straalmotortoepassingen en weerstaan immense hitte en centrifugale krachten.

Gasturbines: IJzer- en nikkellegeringen zijn bestand tegen de ultrahoge temperaturen in de hete delen van gasturbines. Onderdelen zoals bladen, straalpijpen en verbranders werken bij meer dan 1000°C en vertrouwen op legeringen zoals Inconel 738 en Haynes 230.

Kolencentrales: IJzer- en nikkellegeringen in kolenvergassingsinstallaties moeten boven 850°C presteren in omgevingen met een hoog corroderend zwavelgehalte. Hier kunnen legeringen zoals roestvrij 310 en Inconel 601 de hitte aan.

Lucht- en ruimtevaart: Nikkellegeringen voor hoge temperaturen maken veel onderdelen van raketmotoren en kernreactoren voor ruimtevaarttoepassingen. Voorbeelden zijn verbrandingskamers, straalpijpen, brandstofelementen en bevestigingsmiddelen gemaakt van de NB-36 legering.

Olie/Gas: Bij boorwerkzaamheden wordt vaak een HS-188 legering met hoog kobalt gebruikt voor onderdelen en gereedschappen die worden gebruikt in extreem hete, corrosieve oliebronomgevingen.

Specificaties van legeringspoeder op hoge temperatuur

Superlegeringspoeder heeft een gevarieerde reeks materialen en samenstellingen die op maat gemaakt zijn om te werken bij verschillende temperatuurdrempels van 800 °C tot meer dan 1000 °C. Hier zijn enkele veelvoorkomende kwaliteiten en specificaties:

Legering	Basismateriaal	Maximumtemperatuur (°C)	Functies
Inconel 625	Nikkel	1000°C	Uitstekende corrosiebestendigheid tot 980°C
Hastelloy X	Nikkel+Izer+Chroom	1150°C	Weerstaat oxidatie en sulfidatie
Haynes 230	Nikkel+Chroom+Wolfraam	1100°C	Bestand tegen thermische schokken en cycli
Incoloy 800	IJzer+Nikkel+Chroom	1150°C	Verwerkt carboneeratmosferen
René 41	Nikkel+Chroom	1100°C	Straalmotorlegering met goede vervormbaarheid

Productnormen: Belangrijkste specificaties voor populaire legeringen:

• Inconel 718 - AMS 5662, ASTM B637
• Hastelloy C276 - ASME SB574
• Incoloy 800H - AMS 5540A
• Haynes 214 - AMS 5759, AMS 5382

Poeder Maten: Verschillende groottefracties geoptimaliseerd voor verschillende AM processen:

• Laser-poederbedfusie: 15-45 micron
• Bindmiddelstralen: 300+ micron
• Gerichte energiedepositie: 45-150 micron

Vergelijking tussen supergelegeerde poedermaterialen

Verschillende opties voor legeringen voor hoge temperaturen hebben relatieve sterke en zwakke punten:

Parameter	Nikkellegeringen	Kobaltlegeringen	IJzerlegeringen
Maximale temperatuur	1000-1150°C	1000-1150°C	700-1000°C
Kosten	Hoogste	Middenklasse	Laagste
Kracht	Sterk	Sterkste	Sterk
Oxidatie weerstand	Beste	Erg goed	Gematigd
Thermische vermoeidheid	Uitstekend	Erg goed	Beperkt
Voorbeelden	Inconel, Waspaloy	HS-188, Haynes 25	310 roestvrij, Fecralloy

Dus nikkellegeringen presteren over het algemeen beter op het gebied van extreme temperaturen en corrosiebestendigheid. Maar kobaltlegeringen bieden de grootste ruwe sterkte, terwijl ijzerlegeringen budgetopties bieden.

Leveranciers van Legeringspoeder voor hoge temperaturen

Veel leveranciers van geavanceerde materialen bieden verschillende soorten superlegeringpoeder aan. Enkele belangrijke fabrikanten zijn:

Leverancier	Gelegeerde merken	Productie methodes	Prijzen
Sandvik	Visarend, Nikrotalloy	Gasverneveling	$$$$
Praxair	Contalloy, thermalloy	Vacuüm-inductie smelten	$$$
AMC-poeders	Ferrolegeringen	Waterverneveling	$-$$
Tekna	Ultramet legeringen	Plasma sferoïdie	$$$
Special Metals Corp	Inconel, René legeringen	Meerdere methoden	$$$$

De prijzen variëren op basis van het type legering, de verdeling van de deeltjesgrootte, bolvorm, hoeveelheid, zuiverheidsgraad en meer. Kleine laboratoriumhoeveelheden kunnen meer dan $500/kg kosten. Grote commerciële batches zijn gemiddeld rond de $100-300/kg voor gewone legeringen.

Voor- en nadelen van legeringspoeder voor hoge temperaturen

Pluspunten	Nadelen
Bestand tegen extreme temperaturen boven 1000°C	Zeer duur, meer dan 3X de kosten van staal
Behoudt sterkte en is bestand tegen kruipvervorming	Gevoelig voor kleine onzuiverheden of defecten
Uitzonderlijke weerstand tegen corrosie en oxidatie	Vatbaar voor scheuren door veroudering bij onjuiste koeling
Thermische stabiliteit en geleidbaarheid	Moeilijk te bewerken met conventionele methoden
Diverse legeringselementen zorgen voor eigenschappen op maat	Vereist geavanceerde poederproductie en additieve productiemethoden

Samengevat rechtvaardigen de uitstekende thermische eigenschappen van superlegeringen hun hoge prijs voor ultrahete toepassingen. Maar het blijven uitdagende materialen om te fabriceren met traditionele methoden.

Veelgestelde vragen

V: Waarom zijn superlegeringen bestand tegen zulke extreme temperaturen?

A: Zorgvuldige combinaties van nikkel, kobalt, chroom, aluminium, wolfraam enz. zorgen voor sterkte, weerstaan kruipen en verslechtering van eigenschappen bij hoge bedrijfstemperaturen boven 85% van hun smeltpunten.

V: Welke additieve productiemethoden werken met supergelegeerd poeder?

A: Laser-poederbedfusie en gerichte energiedepositie zijn zeer geschikt voor het verwerken van legeringspoeder bij hoge temperaturen. Binder jetting is haalbaar maar kan extra sinter- en infiltratiestappen vereisen.

V: Hoe worden onderdelen van legeringen voor hoge temperaturen gerepareerd of gerepareerd?

A: Solderen, lassen en thermisch spuiten van coatings met bijpassend supergelegeerd vulmateriaal kan beschadigde onderdelen opknappen. Onderdelen kunnen ook worden gerepareerd met heet isostatisch persen.

V: Zijn legeringen voor hoge temperaturen recyclebaar?

A: Ja, schroot en poeders van superlegeringen kunnen worden teruggewonnen en opnieuw worden verwerkt via vacuüm-inductiesmelten en verstuiving tot vers poeder voor AM-productie. Dit levert aanzienlijke kostenbesparingen op.

V: Wat zijn typische toepassingen voor ijzerlegeringen voor hoge temperaturen?

A: Superlegeringen van ijzer met lagere kosten worden op grote schaal gebruikt in kachels, ethyleenovens, bekleding van splijtstof voor kerncentrales, hardware voor energiecentrales en apparatuur voor chemische raffinage.

ken meer 3D-printprocessen