Koji materijali mogu održati fino-zrnastu strukturu na visokim temperaturama?

Glavni materijali koji mogu zadržati fino zrnatu strukturu na visokoj temperaturi uključuju mikrolegirane čelike s Ti, Nb i V, čelike za metalurgiju praha, legure otporne na toplinu (npr. Inconel 718) i kompozite s keramičkom matricom. Ovi materijali uspješno sprječavaju grubljenje zrna na visokoj temperaturi zbog prirode istaloženih faza koje učvršćuju granicu zrna ili vlastitog odsustva strukture zrna.

 

1. Mikrolegirani čelik (standardna opcija)

Čelik koji sadrži Ti- (npr. H13+Ti): Ti stvara vrlo stabilan TiC koji je gotovo netopljiv ispod 1200 stupnjeva i učvršćuje granice zrna na dugo razdoblje, pokazujući najveću otpornost na rast zrna.

Čelik koji sadrži Nb- (npr. H13+Nb): NbC se dinamički taloži tijekom rekristalizacije kako bi spriječio gutanje zrna, što je pogodno za okolnosti fluktuacije temperature;

Čelik koji sadrži V- (npr. H13+V): stabilan VC u rasponu od 600–900 stupnjeva, umjerena sila pričvršćivanja po nižoj cijeni.

Mehanizam: Zenerov učinak pričvršćivanja - sićušne raspršene čestice druge faze fizički pričvršćuju kretanje granice zrna.

 

2. Čelik s finom zrnastom strukturom

Al-Ubijeni H13: AlN se istaložio tijekom deoksidacije Al, učvršćujući granice zrna u prvim fazama zagrijavanja kako bi se ublažio prekomjerni razvoj zrna austenita;

Fino{0}}zrnati 4Cr5MoSiV1: procesom taljenja upravlja se uzimanjem u obzir brzine deoksidacije i hlađenja kako bi se postigla fina i dosljedna izvorna mikrostruktura (veličina zrna 5–8).

Značajka: visoka cijena, prikladno za proizvodnju novih kalupa, nema potrebe za dodavanjem skupih legura.

 

3. Metalurgija čeličnog praha (-visoke primjene)

PM-H13: Korištenje tehnike metalurgije praha, s izvornom veličinom zrna od 8-10, iznimno ujednačenom disperzijom karbida i puno boljom otpornošću na grubo djelovanje na visokoj temperaturi od tipičnog čelika;

ASP-23 Brzo{3}}čelik s visokim udjelom V i Mo, ultrafinom mikrostrukturom i mnogo raspodijeljenih karbida. Pruža izvanrednu otpornost na visoke temperature.

Prednosti Dobra izotropija Više od 30% duži vijek trajanja od standardnog čelika Primjenjivo na precizne kalupe u medicinskim, optičkim i drugim disciplinama

 

4. Legure otporne na ultra visoke temperature

Materiale

Maksimalna radna temperatura

Mehanizam za zadržavanje finog zrna

Inconel 718.

1100 stupnjeva

′ faza (Ni3Al) disperzijsko otvrdnjavanje, pričvršćivanje migracije granica zrna

Haynes 230

1150 stupnjeva.

Ojačanje čvrstom otopinom + taloženje karbida, vrlo dobra otpornost na puzanje

Stelit 6

1.000 stupnjeva

Dobra stabilnost mikrostrukture, podrška karbidne mreže

Napomena: visoka cijena, težak za obradu, općenito se koristi za djelomičnu zamjenu ključnih dijelova.

 

5. Keramički matrični kompoziti (smjer granice)

SiC/SiC, Al2O3/ZrO2: Ovi kompoziti nemaju strukturu metalnih zrna, rade na 1400 stupnjeva i ne pokazuju toplinsku deformaciju.

Primjene: Kao elementi otporni na habanje kao što su obloge mlaznica, razdjelnici protoka, u kombinaciji s metalnim matricama.

Trend: Smjer širenja budućeg razvoja od zrakoplovstva do vrhunske{0}}proizvodnje kalupa.