Quel matériau est un alliage haute température ? Que comprennent principalement les matériaux d’alliage à haute température ?
Les alliages à haute température sont un type d’alliage utilisé dans des environnements à haute température, soumis à des contraintes mécaniques sévères et à l’oxydation et à la corrosion. Avec le développement de la science et de la technologie, les alliages à haute température ont progressivement formé six parties relativement complètes.
1. Alliage déformé à haute température
L'alliage déformé à haute température fait référence à un type d'alliage qui peut être traité par déformation à chaud et à froid, a une plage de température de fonctionnement de -253 ~ 1320 degrés, a de bonnes propriétés mécaniques, des indicateurs complets de résistance et de ténacité et a une haute température. propriétés anti-oxydation et anti-corrosion. Selon son processus de traitement thermique, il peut être divisé en alliage renforcé par une solution solide et en alliage renforcé par le vieillissement.
1. Alliage renforcé par une solution solide
La plage de température de fonctionnement est de 900 à 1 300 degrés et la température maximale d'antioxydation atteint 1 320 degrés. Par exemple, l'alliage GH128 a une résistance à la traction de 850 MPa et une limite d'élasticité de 350 MPa à température ambiante ; une résistance à la traction de 140MPa et un allongement de 85% à 1000 degrés ; une durée de vie durable de 200 heures et un allongement de 40 % à 1000 degrés et une contrainte de 30 MPa. Les alliages en solution solide sont généralement utilisés pour fabriquer des chambres de combustion, des carters et d’autres composants de moteurs d’aviation et d’aérospatiale.
2. Alliage renforcé par le vieillissement
La température de fonctionnement est de -253~950 degrés et elle est généralement utilisée pour fabriquer des pièces structurelles telles que des disques et des aubes de turbine pour les moteurs d'aviation et d'aérospatiale. L'alliage utilisé pour fabriquer les disques de turbine a une température de fonctionnement de -253~700 degrés et doit avoir une bonne résistance à haute et basse température et une bonne résistance à la fatigue. Par exemple : l'alliage GH4169 a une limite d'élasticité maximale de 1 000 MPa à 650 degrés ; la température de l'alliage pour la fabrication des lames peut atteindre 950 degrés. Par exemple : l'alliage GH220 a une résistance à la traction de 490 MPa à 950 degrés et une durée de vie de plus de 40 heures à 940 degrés et 200 MPa.
Les superalliages déformés fournissent principalement des pièces forgées structurelles, des gâteaux, des anneaux, des barres, des plaques, des tuyaux, des bandes et des fils pour les industries civiles de l'aérospatiale, de l'aviation, de l'énergie nucléaire et du pétrole.
2. Coulée d'alliages à haute température
Les alliages coulés à haute température font référence à un type d’alliages à haute température qui peuvent ou ne peuvent être formés que par des méthodes de coulée. Ses principales caractéristiques sont :
1. A une gamme de composition plus large. Puisqu’il n’est pas nécessaire de prendre en compte ses performances de traitement de déformation, la conception de l’alliage peut se concentrer sur l’optimisation de ses performances. Par exemple, pour les alliages haute température à base de nickel, la composition peut être ajustée de manière à ce que la teneur en ' atteigne 60 % ou plus, de sorte que l'alliage puisse toujours conserver d'excellentes propriétés à des températures allant jusqu'à 85 % du point de fusion de l'alliage. .
2. Possède un champ d'application plus large. En raison des avantages particuliers de la méthode de coulée, des pièces moulées en alliage à haute température avec une forme presque nette ou sans marge peuvent être conçues et fabriquées avec n'importe quelle structure et forme complexes en fonction des besoins d'utilisation des pièces.
Selon la température de service des alliages de coulée, ils peuvent être divisés en trois catégories suivantes :
Catégorie 1 : alliages à haute température coulés en cristal équiaxés utilisés à -253~650 degrés. Ce type d'alliage possède de bonnes propriétés globales sur une large plage de températures, en particulier à basse température, où la résistance et la plasticité sont maintenues sans dégradation. Par exemple, l'alliage K4169, qui est utilisé en grande quantité dans les moteurs d'aviation et d'aérospatiale, a une résistance à la traction de 1 000 MPa à 650 degrés, une limite d'élasticité de 850 MPa et une plasticité à la traction de 15 % ; la durée de vie sous une contrainte de 620 MPa à 650 degrés est de 200 heures. Il a été utilisé pour fabriquer des boîtiers de diffuseurs dans des moteurs aérospatiaux et des pièces structurelles complexes pour diverses pompes de moteurs aérospatiaux.
Catégorie 2 : Alliages à haute température moulés en cristal équiaxés utilisés entre 650 et 950 degrés. Ce type d'alliage présente des propriétés mécaniques élevées et une résistance à la corrosion à chaud à haute température. Par exemple, l'alliage K419 a une résistance à la traction supérieure à 700 MPa et une plasticité en traction supérieure à 6 % à 950 degrés ; à 950 degrés, la limite de résistance ultime pendant 200 heures est supérieure à 230 MPa. Ce type d'alliage convient pour une utilisation comme aubes de turbine de moteurs d'avion, aubes directrices et turbines moulées intégralement.
Catégorie III : alliages à haute température de cristaux colonnaires et monocristallins solidifiés de manière directionnelle utilisés à 950-1100 degré. Ce type d'alliage possède d'excellentes propriétés complètes et des propriétés anti-oxydation et anti-corrosion à chaud dans cette plage de températures. Par exemple, l'alliage monocristallin DD402 a une durée de vie durable de plus de 100 heures sous une contrainte de 1 100 degrés et 130 MPa. Il s’agit du matériau d’aube de turbine le plus utilisé en Chine et convient à la fabrication d’aubes de turbine de premier étage pour de nouveaux moteurs hautes performances.
Avec l'amélioration continue de la technologie de coulée de précision, de nouveaux procédés spéciaux apparaissent également constamment. La technologie de coulée à grains fins, la technologie de solidification directionnelle et la technologie CA pour les pièces structurelles complexes à parois minces ont considérablement amélioré le niveau de coulée d'alliages à haute température et leur champ d'application a continué à augmenter.
3. Alliages à haute température de métallurgie des poudres
Les produits en poudre d'alliage à haute température sont fabriqués en utilisant de la poudre d'alliage atomisée à haute température, un pressage isostatique à chaud ou un pressage isostatique à chaud, puis un forgeage. Grâce au processus de métallurgie des poudres, en raison des petites particules de poudre et de la vitesse de refroidissement rapide, la composition est uniforme, sans macroségrégation et les grains sont petits, les performances de traitement à chaud sont bonnes, le taux d'utilisation du métal est élevé et le coût est faible. , en particulier la limite d'élasticité et les propriétés de fatigue de l'alliage sont améliorées. Grosse amélioration.
Le superalliage de métallurgie des poudres FGH95 a une résistance à la traction de 1 500 MPa à 650 degrés et une durée de vie durable de plus de 50 heures sous une contrainte de 1 034 MPa. Il s'agit actuellement du superalliage de métallurgie des poudres à plaques le plus résistant dans des conditions de travail à 650 degrés. Les alliages haute température issus de la métallurgie des poudres peuvent répondre aux exigences des moteurs soumis à des niveaux de contraintes plus élevés et constituent les matériaux de choix pour les composants haute température tels que les disques de turbine, les disques de compresseur et les chicanes de turbine dans les moteurs à rapport poussée/poids élevé.
4. Alliage de renforcement de dispersion d'oxyde (ODS)
Il s'agit d'un alliage spécial à haute température formé à l'aide d'un processus unique d'alliage mécanique (MA). Des phases de renforcement par dispersion d'oxyde ultra fines (moins de 50 nm) avec des phases de renforcement par dispersion d'oxyde ultra-stables à haute température sont uniformément dispersées dans la matrice d'alliage. La résistance de son alliage peut toujours être maintenue dans des conditions proches du point de fusion de l'alliage lui-même et possède d'excellentes propriétés de fluage à haute température, une résistance supérieure à l'oxydation à haute température, une résistance à la corrosion du carbone et du soufre.
Il existe actuellement trois principaux types d’alliages ODS produits commercialement :
L'alliage MA956 peut être utilisé à des températures allant jusqu'à 1 350 degrés dans une atmosphère oxydante, se classant au premier rang des alliages à haute température en termes de résistance à l'oxydation, à la corrosion du carbone et du soufre. Peut être utilisé pour garnir la chambre de combustion des moteurs d’avion.
L'alliage MA754 peut être utilisé à des températures allant jusqu'à 1 250 degrés dans une atmosphère oxydante et maintient une résistance à haute température et une résistance à la corrosion du verre moyennement alcaline. Il est aujourd’hui utilisé pour fabriquer des couronnes d’engrenages de guidage et des pales de guidage de moteurs d’avion.
L'alliage MA6000 a une résistance à la traction de 222 MPa et une limite d'élasticité de 192 MPa à 1 100 degrés ; la résistance d'endurance 1000-heures à 1 100 degrés est de 127 MPa, ce qui se classe au premier rang parmi les alliages à haute température et peut être utilisée dans les aubes de moteurs aérospatiaux.
5. Matériaux à haute température composés intermétalliques
Les matériaux intermétalliques à haute température sont un type de matériaux à haute température spécifiques à la lumière avec des perspectives d'application importantes qui ont été récemment recherchées et développées. Depuis plus de dix ans, la recherche fondamentale sur les composés intermétalliques, la conception d'alliages, le développement de procédés et la recherche d'applications ont mûri, en particulier dans la technologie de préparation et de traitement, la trempe et le renforcement des matériaux des séries Ti-Al, Ni-Al et Fe-Al. , les propriétés mécaniques et la recherche sur les applications ont réalisé des résultats remarquables.
L'alliage à base de Ti3Al (TAC-1), l'alliage à base de TiAl (TAC-2) et l'alliage à base de Ti2AlNb ont une faible densité (3,8 ~ 5,8 g/cm3), une température élevée, une résistance élevée et une acier élevée. et une excellente résistance à l'oxydation et une excellente résistance au fluage. Avantages : Il permet de réduire le poids des pièces de structure de 35 à 50 %. L'alliage à base de Ni3Al, MX-246, présente une bonne résistance à la corrosion, à l'usure et à la cavitation, offrant d'excellentes perspectives d'application. L'alliage à base de Fe3Al présente une bonne résistance à l'oxydation et à la corrosion, une résistance élevée à des températures moyennes (moins de 600 degrés) et un faible coût. C'est un nouveau matériau qui peut remplacer partiellement l'acier inoxydable.
