Порошок высокотемпературного сплава

Порошки высокотемпературных сплавов это материалы, способные выдерживать экстремально высокие температуры, не деформируясь и не разрушаясь. Эти передовые материалы жизненно необходимы для применения в экстремальных условиях, таких как реактивные двигатели, газовые турбины, ракеты, ядерные реакторы и многое другое.

Обзор порошка высокотемпературного сплава

Высокотемпературные сплавы, также известные как суперсплавы, обладают превосходной механической прочностью, устойчивостью к термической деформации ползучести, хорошей стабильностью поверхности, а также стойкостью к коррозии и окислению при высоких температурах. Основные характеристики включают:

• Выдерживают температуру свыше 1000°C
• Сохраняют прочность, жесткость и стабильность при высоких температурах
• Используется для сверхгорячих секций реактивных двигателей и газовых турбин
• Тверже титановых сплавов и большинства сталей
• В основном сплавы на основе никеля, кобальта или железа

Состав: Высокотемпературные сплавы содержат сложные комбинации таких материалов, как никель, кобальт, железо, хром, алюминий, вольфрам, молибден, тантал, ниобий и т. д. в различном процентном соотношении. Точный состав подбирается в соответствии с потребностями применения.

Производство: Порошок суперсплава изготавливается с помощью газового или водяного распыления расплавов сплавов в мелкодисперсные сферические порошки, оптимальные для аддитивного производства или термического напыления. Другие методы производства порошка включают вакуумную индукционную плавку, вакуумную дуговую плавку, горячее изостатическое прессование и другие.

Распространенные типы: Популярные классификации включают суперсплавы на основе никеля, кобальта и железа. Вот некоторые распространенные разновидности:

• Никелевые сплавы - Инконель, Хастеллой, Васпалой, сплавы Рене
• Кобальтовые сплавы - Haynes, сплавы HS
• Железные сплавы - Стали A286, 9Cr

Основные свойства: Порошки суперсплавов обладают такими исключительными свойствами, как:

• Высокая температурная прочность - Для несущих деталей
• Устойчивость к ползучести и усталости - решающий фактор надежности
• Устойчивость к окислению и коррозии - предотвращение износа
• Термическая стабильность - стабильная работа в горячем состоянии
• Свариваемость - для производства и ремонта

Применение Порошок высокотемпературного сплава

Благодаря своей стойкости к экстремальным температурам порошки высокотемпературных сплавов используются для изготовления деталей для самых горячих участков:

• Реактивные авиационные двигатели
• Наземные газовые турбины
• Установки для газификации угля
• Космические ракеты и ядерные реакторы
• Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Реактивные двигатели: Суперсплавы составляют более 50% современных деталей реактивных двигателей, таких как лопатки, камеры сгорания и компоненты форсажных камер. Никелевые сплавы, такие как Inconel 718 и René N5, отлично зарекомендовали себя в реактивных двигателях, выдерживая огромный нагрев и центробежные силы.

Газовые турбины: Сплавы на основе железа и никеля выдерживают сверхвысокие температуры внутри горячих секций газовых турбин. Такие детали, как лопатки, сопла и камеры сгорания, работают при температуре свыше 1000°C, и для их изготовления используются такие сплавы, как Inconel 738 и Haynes 230.

Угольные заводы: Железные и никелевые сплавы в установках газификации угля должны работать при температуре свыше 850°C в сильно корродирующей серной среде. Здесь с жаром справляются такие сплавы, как нержавеющая сталь 310 и Inconel 601.

Аэрокосмическая промышленность: Из высокотемпературных никелевых сплавов изготавливаются многие компоненты ракетных двигателей и ядерных реакторов космического назначения. Среди образцов - камеры сгорания, сопла, топливные элементы и крепежные детали из сплава NB-36.

Нефть/газ: В буровых работах часто используется высококобальтовый сплав HS-188 для компонентов и инструментов, используемых в очень горячей, коррозионной среде нефтяных скважин.

Технические характеристики порошка высокотемпературного сплава

Порошок суперсплава имеет разнообразные материалы и составы, предназначенные для работы при различных температурных порогах от 800°C до более 1000°C. Вот некоторые распространенные марки и характеристики:

Сплав	Материал основания	Максимальная температура (°C)	Характеристики
Инконель 625	Никель	1000°C	Отличная коррозионная стойкость до 980°C
Хастеллой X	Никель+железо+хром	1150°С	Устойчив к окислению и сульфидированию
Haynes 230	Никель+Хром+Вольфрам	1100°C	Выдерживает тепловой удар и циклическое воздействие
Инколой 800	Железо+никель+хром	1150°С	Работает в атмосфере науглероживания
Рене 41	Никель+хром	1100°C	Сплав для реактивных двигателей с хорошей пластичностью

Стандарты продукции: Основные характеристики популярных сплавов:

• Инконель 718 - AMS 5662, ASTM B637
• Хастеллой C276 - ASME SB574
• Инколой 800H - AMS 5540A
• Haynes 214 - AMS 5759, AMS 5382

Размеры пудры: Различные размерные фракции, оптимизированные для различных процессов AM:

• Лазерная плавка в порошковом слое: 15-45 микрон
• Струйное нанесение связующего: 300+ микрон
• Направленное энергетическое осаждение: 45-150 микрон

Сравнение порошковых материалов из суперсплавов

Различные варианты высокотемпературных сплавов имеют относительные достоинства и недостатки:

Параметр	Никелевые сплавы	Кобальтовые сплавы	Железные сплавы
Максимальная температура	1000-1150°C	1000-1150°C	700-1000°C
Стоимость	Самый высокий	Средний уровень	Самый низкий
Прочность	Сильный	Самый сильный	Сильный
Устойчивость к окислению	Лучшее	Очень хорошо	Умеренный
Термическая усталость	Отличный	Очень хорошо	Limited
Примеры	Инконель, Васпалой	HS-188, Haynes 25	310 нержавеющая, Fecralloy

Так, никелевые сплавы обычно превосходят другие по устойчивости к экстремальным температурам и коррозии. Кобальтовые сплавы обеспечивают наибольшую прочность, а сплавы железа - бюджетные варианты.

Поставщики Порошок высокотемпературного сплава

Многие поставщики современных материалов предлагают различные виды порошка суперсплава. К числу основных производителей относятся:

Поставщик	Бренды сплавов	Методы производства	Ценообразование
Sandvik	Оспри, Никроталлой	Распыление газа	$$$$
Praxair	Конталлои, термосплав	Вакуумно-индукционная плавка	$$$
Порошки AMC	Ферросплавы	Распыление воды	$-$$
Tekna	Сплавы ультраметалла	Сфероидизация плазмы	$$$
Special Metals Corp	Инконель, сплавы Рене	Несколько методов	$$$$

Цены варьируются в зависимости от типа сплава, распределения частиц по размерам, сферичности, количества, степени чистоты и т. д. Небольшие лабораторные партии могут стоить более $500/кг. Крупные коммерческие партии в среднем стоят около $100-300/кг для распространенных сплавов.

Плюсы и минусы порошка высокотемпературного сплава

Плюсы	Cons
Выдерживают экстремальные температуры свыше 1000°C	Очень дорого, более чем в 3 раза дороже стали
Сохраняют прочность и противостоят деформации при ползучести	Чувствительны к незначительным примесям или дефектам
Исключительная устойчивость к коррозии и окислению	Склонны к деформационно-стареющему растрескиванию при неправильном охлаждении
Термическая стабильность и проводимость	Сложно обрабатывать или обрабатывать обычными методами
Различные легирующие элементы обеспечивают индивидуальные свойства	Требуются передовые методы производства порошков и аддитивного производства

Таким образом, выдающиеся тепловые свойства суперсплавов оправдывают их высокую цену для сверхгорячих применений. Однако они остаются сложными материалами для изготовления традиционными методами.

Вопросы и ответы

В: Что позволяет сверхпрочным сплавам выдерживать такие экстремальные температуры?

О: Тщательно подобранные сочетания никеля, кобальта, хрома, алюминия, вольфрама и т.д. придают прочность, противостоят ползучести и ухудшению свойств при высоких рабочих температурах, превышающих 85% их точки плавления.

В: Какие методы аддитивного производства работают с порошками сверхпрочных сплавов?

О: Лазерное сплавление в порошковом слое и направленное осаждение энергии хорошо подходят для обработки порошка высокотемпературных сплавов. Струйное нанесение связующего возможно, но может потребовать дополнительных этапов спекания и инфильтрации.

В: Как ремонтируются или исправляются компоненты из высокотемпературных сплавов?

О: Пайка, сварка и термическое напыление покрытий с использованием подходящего присадочного материала из суперсплава могут восстановить поврежденные компоненты. Детали также могут быть восстановлены с помощью горячего изостатического прессования.

В: Можно ли перерабатывать высокотемпературные сплавы?

О: Да, лом и порошки суперсплавов могут быть восстановлены и переработаны с помощью вакуумной индукционной плавки и распыления в свежий порошок для производства AM. Это обеспечивает значительную экономию средств.

В: Каковы типичные области применения высокотемпературных сплавов на основе железа?

A: Более дешевые железные суперсплавы широко используются в обогревателях, этиленовых печах, оболочке ядерного топлива, оборудовании для электрогенераторов, оборудовании для химической переработки.

узнать больше о процессах 3D-печати