Pulver av högtemperaturlegeringar

Pulver av högtemperaturlegeringar är material som kan motstå extremt höga temperaturer utan att deformeras eller försämras. Dessa avancerade material är avgörande för tillämpningar i extrema miljöer som jetmotorer, gasturbiner, raketer, kärnreaktorer med mera.

Översikt över legeringspulver för höga temperaturer

Högtemperaturlegeringar, även kända som superlegeringar, har utmärkt mekanisk hållfasthet, motståndskraft mot termisk krypdeformation, god ytstabilitet samt korrosions- och oxidationsbeständighet vid höga temperaturer. Viktiga egenskaper inkluderar:

• Tål temperaturer över 1000°C
• Bibehåller styrka, seghet och stabilitet vid höga temperaturer
• Används för ultravarma sektioner i jetmotorer och gasturbiner
• Hårdare än titanlegeringar och de flesta stål
• Främst nickel-, kobolt- eller järnbaserade legeringar

Sammansättning: Högtemperaturlegeringar innehåller komplexa kombinationer av material som nickel, kobolt, järn, krom, aluminium, volfram, molybden, tantal, niob etc. i varierande procentandelar. Den exakta sammansättningen är skräddarsydd för att möta applikationens behov.

Produktion: Superlegeringspulver tillverkas med hjälp av gas- eller vattenatomisering av legeringssmältor till fina sfäriska pulver som är optimerade för additiv tillverkning eller termisk sprutning. Andra pulverproduktionsmetoder inkluderar vakuuminduktionssmältning, vakuumbågesmältning, varm isostatisk pressning och mer.

Vanliga typer: Populära klassificeringar inkluderar nickel-, kobolt- och järnbaserade superlegeringar. Här är några vanliga varianter:

• Nickellegeringar - Inconel, Hastelloy, Waspaloy, Rene-legeringar
• Koboltlegeringar - Haynes, HS legeringar
• Järnlegeringar - A286, 9Cr stål

Viktiga egenskaper: Superlegeringspulver erbjuder exceptionella egenskaper som t.ex:

• Hållfasthet vid höga temperaturer - För lastbärande delar
• Motståndskraft mot krypning och utmattning - avgörande för tillförlitligheten
• Oxidations- och korrosionsbeständighet - förhindrar försämring
• Termisk stabilitet - konsekvent prestanda när det är varmt
• Svetsbarhet - För tillverkning och reparation

Tillämpningar av Pulver av högtemperaturlegeringar

Tack vare sin tålighet mot extrema temperaturer används pulver av högtemperaturlegeringar för att tillverka komponenter till de hetaste delarna av..:

• Jetflygplansmotorer
• Landbaserade gasturbiner
• Anläggningar för förgasning av kol
• Rymdraketer och kärnreaktorer
• Utrustning för olje- och gasborrning

Jetmotorer: Superlegeringar utgör över 50% av avancerade jetmotordelar som blad, brännkammare och efterbrännarkomponenter. Nickellegeringar som Inconel 718 och René N5 utmärker sig i jetmotortillämpningar genom att stå emot enorm värme och centrifugalkrafter.

Gasturbiner: Järn- och nickelbaserade legeringar tål de extremt höga temperaturerna i gasturbinernas heta sektioner. Delar som skovlar, munstycken och brännkammare arbetar vid över 1000 °C och är beroende av legeringar som Inconel 738 och Haynes 230.

Kolkraftverk: Järn- och nickellegeringar i kolförgasningsanläggningar måste klara temperaturer på över 850°C i starkt korrosiva svavelmiljöer. Här klarar legeringar som 310 rostfritt och Inconel 601 hettan.

Aerospace: Nickellegeringar för höga temperaturer utgör många komponenter i raketmotorer och kärnreaktorer för rymdtillämpningar. Bland exemplen finns förbränningskammare, tryckmunstycken, bränsleelement och fästelement tillverkade av NB-36-legeringen.

Olja/Gas: Vid borrning används ofta legeringen HS-188 med hög kobolthalt för komponenter och verktyg som används i extremt heta och korrosiva oljebrunnsmiljöer.

Specifikationer för legeringspulver för höga temperaturer

Superlegeringspulver har en mängd olika material och sammansättningar som är skräddarsydda för att fungera vid varierande temperaturtrösklar från 800°C till över 1000°C. Här är några vanliga kvaliteter och specifikationer:

Produktstandarder: Viktiga specifikationer för populära legeringar:

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

Pulverstorlekar: Olika storleksfraktioner optimerade för olika AM-processer:

• Laserpulverbäddsfusion: 15-45 mikrometer
• Sprutning av bindemedel: 300+ mikrometer
• Deposition med riktad energi: 45-150 mikrometer

Jämförelse mellan pulvermaterial av superlegeringar

Olika legeringsalternativ för höga temperaturer har relativa styrkor och svagheter:

Nickellegeringar överträffar därför i allmänhet andra legeringar när det gäller extrema temperaturer och korrosionsbeständighet. Men koboltlegeringar erbjuder den största råstyrkan, medan järnlegeringar ger budgetalternativ.

Leverantörer av Pulver av högtemperaturlegeringar

Många leverantörer av avancerade material erbjuder olika typer av superlegeringspulver. Några större tillverkare inkluderar:

Priserna varierar beroende på legeringstyp, partikelstorleksfördelning, sfäriskhet, kvantitet, renhetsgrad med mera. Små laboratoriekvantiteter kan kosta över $500/kg. Stora kommersiella partier kostar i genomsnitt cirka $100-300/kg för vanliga legeringar.

För- och nackdelar med legeringspulver för höga temperaturer

Sammanfattningsvis kan sägas att superlegeringars enastående termiska egenskaper motiverar deras höga pris för ultraheta tillämpningar. Men de är fortfarande utmanande material att tillverka med traditionella metoder.

Vanliga frågor

Fråga: Vad är det som gör att superlegeringar klarar så extrema temperaturer?

A: Omsorgsfulla kombinationer av nickel, kobolt, krom, aluminium, volfram etc. ger styrka, motstår krypning och försämring av egenskaper vid höga driftstemperaturer över 85% av deras smältpunkter.

F: Vilka metoder för additiv tillverkning fungerar med superlegeringspulver?

S: Laserpulverbäddsfusion och deponering med riktad energi är väl lämpade för bearbetning av högtemperaturlegeringspulver. Binder jetting är genomförbart men kan kräva ytterligare sintrings- och infiltrationssteg.

F: Hur repareras eller åtgärdas komponenter i högtemperaturlegeringar?

S: Lödning, svetsning och beläggning med termisk sprutning med matchande tillsatsmaterial av superlegering kan renovera skadade komponenter. Delar kan också räddas genom varm isostatisk pressning.

F: Är högtemperaturlegeringar återvinningsbara?

S: Ja, skrot och pulver av superlegeringar kan återvinnas och upparbetas via induktionssmältning i vakuum och finfördelning till nytt pulver för AM-produktion. Detta ger betydande kostnadsbesparingar.

F: Vilka är de typiska användningsområdena för järnbaserade högtemperaturlegeringar?

A: Billigare järnsuperlegeringar används i stor utsträckning i eldade värmare, etylenugnar, kärnbränslebeklädnad, kraftgenereringsutrustning, kemisk raffineringsutrustning.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser