Superalloy (juga disebut sebagai paduan kinerja - tinggi) adalah kelas bahan logam canggih yang direkayasa untuk mempertahankan sifat mekanik yang luar biasa - seperti kekuatan tinggi, resistensi creep, resistensi kelelahan, dan ketangguhan - bahkan di bawah kondisi operasi ekstrem, termasuk suhu kelelahan, dan ketangguhan {{2} bahkan di bawah kondisi operasi ekstrem, termasuk suhu yang ditingkatkan, dan tingkat kelelahan - bahkan di bawah kondisi operasi yang ditingkatkan, termasuk suhu yang ditingkatkan {2 {2} {2 {2 {2. atau lingkungan oksidatif. Tidak seperti paduan konvensional, superalloy dirancang untuk mempertahankan integritas struktural dan stabilitas kinerja dalam aplikasi yang menuntut di mana logam standar akan menurun atau gagal.
Karakteristik utama yang mendefinisikan superalloy meliputi:
Kekuatan suhu - yang sangat tinggi (penolakan deformasi di bawah panas dan beban berkelanjutan).
Resistensi creep superior (meminimalkan deformasi permanen dalam periode yang lama pada suhu tinggi).
Resistensi yang kuat terhadap korosi, oksidasi, dan kelelahan termal (retak yang disebabkan oleh siklus pemanasan/pendinginan berulang).
Kompatibilitas dengan proses pembuatan yang kompleks (misalnya, casting, forging, manufaktur aditif) untuk membentuk komponen yang rumit.
Jenis -jenis umum superalloy termasuk nikel - berbasis, kobalt - berbasis, dan besi - varian berbasis, dengan aplikasi yang mencakup aerospace (pisau turbin, komponen {3}, pembangkit listrik tenaga gas), pemrosesan bahan kipal {{{{{{3 {tinggi), tinggi {{3 {{{{{{{{tinggi) kekuatan).
Menentukan superalloy "tersulit" adalah konteks - tergantung, karena kekerasan bervariasi denganperlakuan panas, Modifikasi mikrostruktur(misalnya, pengerasan presipitasi, penyempurnaan biji -bijian), danmetode pengukuran(Misalnya, Rockwell C [HRC], Vickers [HV]). Namun, beberapa keluarga Superalloy dan nilai spesifik menonjol untuk kekerasan luar biasa, sering diimbangi dengan sifat kritis lainnya (misalnya, tinggi - stabilitas suhu):
Presipitasi - nickel yang dikeraskan - berdasarkan superalloys berbasis
Nikel tertentu - berbasis superalloys, ketika dioptimalkan melalui perlakuan panas, menunjukkan kekerasan yang sangat tinggi. Misalnya:
Inconel 718 (UNS N07718): Dalam keadaan yang sepenuhnya tua (misalnya, solusi - diperlakukan pada 980 derajat, lalu ganda - berusia 720 derajat dan 620 derajat), mencapai kekerasan ~ 38-42 HRC (kekerasan Vickers ~ 370–410 HV). Kekerasannya muncul dari pembentukan '' (gamma double prime, ni₃nb) dan '(gamma prime, ni₃al, ti) endapan, yang menghalangi gerakan dislokasi.
Waspaloy (UNS N07001): Berumur hingga kekuatan puncak, ia mencapai ~ 35-38 HRC (HV ~ 340-370), dengan 'endapan menggerakkan kekerasan dan kekuatan suhu- tinggi.
Cobalt - berdasarkan superalloys dengan penguatan karbida
Cobalt - Superalloy berbasis mendapatkan kekerasan signifikan dari fase karbida (misalnya, cr₃c₂, wc) tersebar dalam matriks mereka, meningkatkan keausan dan resistansi abrasi - kritis untuk aplikasi suhu tinggi - tinggi, tinggi {{5} {{{{5} tinggi {{{{{4} tinggi {{{{{4} tinggi {{{{{{{{{{{{{{{{{{5 {{{{4 {tinggi {{{{{{{{{{{{{{{{{{5 {{4 {tinggi tinggi
Stellite 6 (UNS R30006): Kobalt klasik - chromium - tungsten superalloy, ia memiliki kekerasan khas ~ 39–44 hrc (hv ~ 380–430) di AS - cast atau status wrought. Kehadiran tungsten carbides (WC) dan chromium carbides membuatnya sangat memakai - resisten, digunakan dalam kursi katup, alat pemotong, dan segel turbin.
Haynes 188 (UNS R30188): Kobalt - nickel - chromium superalloy dengan tambahan tungsten, ia mencapai ~ 32-36 hrc (hv ~ 320-350) ketika usia, keseimbangan kekerasan dengan resistansi oksidasi hingga 1149 derajat (2100 derajat F).
Besi - presipitasi berbasis - superalloys yang dikeraskan
Meskipun umumnya kurang sulit dari nikel/kobalt - berbasis mitra, beberapa besi - superalloy berbasis menawarkan kekerasan penting untuk penggunaan spesifik:
17-4ph (UNS S17400): Sebagai curah hujan martensit - baja tahan karat yang dikeraskan (sering diklasifikasikan sebagai superalloy untuk layanan suhu tinggi- {1} {1}, H900 -nya mencapai ~ 38-44 HRC (HV ~ 360-410) {{7} walaupun terbatas pada suhu yang lebih rendah (~ 310-410) {{7} meskipun terbatas pada suhu yang lebih rendah (HV ~ 360-410) {{7} walaup Nickel - nilai berbasis.
Penting untuk dicatat bahwa "kekerasan" saja jarang merupakan satu -satunya kriteria untuk seleksi Superalloy; Aplikasi biasanya memerlukan perdagangan - off antara kekerasan, tinggi - kekuatan suhu, keuletan, dan resistensi korosi. Misalnya, Superalloy dengan Ultra - Kekerasan tinggi mungkin tidak memiliki ketahanan creep yang diperlukan untuk bilah turbin gas.
Konduktivitas termal nikel - superalloy berbasis relatif rendah dibandingkan dengan logam konvensional (misalnya, aluminium, tembaga) dan bervariasi denganKomposisi Kimia(Terutama kandungan elemen paduan seperti kromium, aluminium, titanium, dan molibdenum),suhu, Danstruktur mikro(misalnya, ukuran butir, fase endapan). Di bawah ini adalah rincian detail utama:
Pada suhu kamar (25 derajat /77 derajat f), konduktivitas termal dari kebanyakan nikel - berdasarkan superalloy berbasis di antara10–25 W/(m·K)(watt per meter - Kelvin). Sebagai perbandingan, nikel murni memiliki konduktivitas termal ~ 91 w/(m · k) pada suhu kamar - elemen paduan (ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan resistensi korosi secara signifikan) secara signifikan mengurangi konduktivitas dengan hamburan panas - membawa fonon dan elektron.
Konduktivitas Termal Nikel - Berbasis Superalloyssedikit meningkat dengan kenaikan suhu(Hingga batas layanan mereka, ~ 800–1200 derajat /1472–2192 derajat f). Ini karena, pada suhu yang lebih tinggi, Phonon - perpindahan panas yang dimediasi menjadi lebih dominan (elektron - transfer yang dimediasi, yang lebih efisien pada suhu rendah, kurang dipengaruhi oleh perubahan suhu). Misalnya:
Inconel 718: ~ 11 w/(m · k) pada 25 derajat; ~ 18 w/(m · k) pada 600 derajat; ~ 25 w/(m · k) pada 1000 derajat.
Inconel 625: ~ 12 w/(m · k) pada 25 derajat; ~ 19 w/(m · k) pada 600 derajat; ~ 26 w/(m · k) pada 1000 derajat.
Cmsx - 4 (satu - superalloy berbasis nikel kristal): ~ 10 w/(m · k) pada 25 derajat; ~ 16 w/(m · k) pada 600 derajat; ~ 22 w/(m · k) pada 1000 derajat.
Elemen paduan sangat mempengaruhi konduktivitas termal:
Chromium (CR): Ditambahkan untuk resistensi oksidasi (biasanya 15-25%berat); Mengurangi konduktivitas dengan mengganggu aliran elektron.
Aluminium (Al) dan Titanium (Ti): Kunci untuk membentuk '(ni₃al, ti) endapan (penting untuk kekuatan suhu - tinggi); Elemen -elemen ini memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah daripada nikel, lebih jauh menurunkan konduktivitas keseluruhan paduan.
Molybdenum (MO) dan Tungsten (W): Ditambahkan untuk meningkatkan resistensi creep; Ukuran atom mereka yang besar mencetak fonon, mengurangi konduktivitas.
Konduktivitas termal rendah adalah sifat yang diinginkan untuk banyak aplikasi nikel - berbasis superalloy. Misalnya, dalam bilah turbin gas, konduktivitas rendah membantu mengisolasi inti blade dari panas ekstrem gas pembakaran (~ 1400 derajat /2552 derajat f), mengurangi tegangan termal dan memperpanjang umur komponen. Sebaliknya, dalam aplikasi yang membutuhkan disipasi panas, konduktivitas rendah ini mungkin memerlukan modifikasi desain (misalnya, saluran pendingin) untuk mencegah panas berlebih.
