उच्च तापमान मिश्र धातु क्या है?

उच्च तापमान मिश्र धातुओं को तीन प्रकार की सामग्रियों में विभाजित किया जाता है: 760 डिग्री उच्च तापमान सामग्री, 1200 डिग्री उच्च तापमान सामग्री और 1500 डिग्री उच्च तापमान सामग्री, जिसमें 800MPa की तन्य शक्ति होती है। दूसरे शब्दों में, यह उच्च तापमान धातु सामग्री को संदर्भित करता है जो 760--1500 डिग्री से ऊपर के तापमान पर और कुछ शर्तों के तहत लंबे समय तक काम करती है। उनके पास उत्कृष्ट उच्च तापमान शक्ति, ऑक्सीकरण और गर्म जंग के लिए अच्छा प्रतिरोध, अच्छा थकान प्रदर्शन, फ्रैक्चर क्रूरता और अन्य व्यापक गुण हैं। यह सैन्य और नागरिक गैस टरबाइन इंजन के गर्म-अंत घटकों के लिए एक अपूरणीय प्रमुख सामग्री बन गई है।

उच्च तापमान मुख्य मिश्र धातुओं का उपयोग विमानन, नौसेना और औद्योगिक गैस टर्बाइनों के लिए टर्बाइन ब्लेड, ब्लेड, टर्बाइन डिस्क, उच्च दबाव गैस टर्बाइन डिस्क और दहन कक्ष जैसे उच्च तापमान घटकों के निर्माण के लिए किया जाता है। इनका उपयोग एयरोस्पेस वाहन, रॉकेट इंजन, परमाणु रिएक्टर, पेट्रोकेमिकल उपकरण और कोयला रूपांतरण और अन्य ऊर्जा रूपांतरण उपकरणों के निर्माण के लिए भी किया जाता है।

1930 के दशक के उत्तरार्ध से, ब्रिटेन, जर्मनी, संयुक्त राज्य अमेरिका और अन्य देशों ने उच्च तापमान मिश्र धातुओं का अध्ययन करना शुरू कर दिया है। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, नए एयरोस्पेस इंजनों की जरूरतों को पूरा करने के लिए, उच्च तापमान मिश्र धातुओं के अनुसंधान और उपयोग ने जोरदार विकास की अवधि में प्रवेश किया। 1940 के दशक की शुरुआत में, यूनाइटेड किंगडम ने पहली बार 80Ni-20Cr मिश्र धातु में थोड़ी मात्रा में एल्यूमीनियम और टाइटेनियम मिलाया ताकि मजबूती के लिए एक चरण बनाया जा सके, और उच्च उच्च तापमान शक्ति के साथ पहला निकल-आधारित मिश्र धातु विकसित किया। उसी अवधि के दौरान, पिस्टन एयरोइंजन के लिए टर्बोचार्जर के विकास की जरूरतों को पूरा करने के लिए, संयुक्त राज्य अमेरिका ने ब्लेड बनाने के लिए विटालियम कोबाल्ट-आधारित मिश्र धातुओं का उपयोग करना शुरू किया।

इसके अलावा, संयुक्त राज्य अमेरिका ने जेट इंजन के दहन कक्ष बनाने के लिए इनकोनेल निकल-आधारित मिश्र धातु भी विकसित की है। बाद में, मिश्र धातु की उच्च तापमान शक्ति को और बेहतर बनाने के लिए, धातुकर्मवादियों ने निकल-आधारित मिश्र धातु में टंगस्टन, मोलिब्डेनम, कोबाल्ट और अन्य तत्वों को जोड़ा, एल्यूमीनियम और टाइटेनियम सामग्री को बढ़ाया, और मिश्र धातु ब्रांडों की एक श्रृंखला विकसित की, जैसे कि ब्रिटिश "निमोनिक", अमेरिकी "मार-एम" और "आईएन", आदि; कोबाल्ट-आधारित मिश्र धातुओं में, निकल और टंगस्टन जैसे तत्वों को विभिन्न प्रकार के उच्च तापमान मिश्र धातुओं को विकसित करने के लिए जोड़ा जाता है, जैसे कि X-45, HA-188, FSX-414, आदि। कोबाल्ट संसाधनों की कमी के कारण, कोबाल्ट-आधारित सुपरलॉय का विकास प्रतिबंधित है।

1940 के दशक में, लौह-आधारित सुपरलॉय भी विकसित किए गए थे। 1950 के दशक में, A-286 और Incoloy901 जैसे ब्रांड सामने आए। हालांकि, खराब उच्च तापमान स्थिरता के कारण, 1960 के दशक से विकास धीमा रहा है। सोवियत संघ ने 1950 के आसपास "ЭИ" ब्रांड निकल-आधारित सुपरलॉय का उत्पादन शुरू किया, और बाद में "ЭП" श्रृंखला विकृत सुपरलॉय और ЖС श्रृंखला कास्ट सुपरलॉय का उत्पादन किया। चीन ने 1956 में उच्च तापमान मिश्र धातुओं का परीक्षण उत्पादन शुरू किया, और धीरे-धीरे विकृत सुपरलॉय की "GH" श्रृंखला और कास्ट सुपरलॉय की "K" श्रृंखला बनाई। 1970 के दशक में, संयुक्त राज्य अमेरिका ने दिशात्मक क्रिस्टलीकृत ब्लेड और पाउडर धातु विज्ञान टरबाइन डिस्क के निर्माण के लिए नई उत्पादन प्रक्रियाओं का भी उपयोग किया, और विमान इंजन टरबाइन इनलेट तापमान की बढ़ती जरूरतों को पूरा करने के लिए एकल-क्रिस्टल ब्लेड जैसे उच्च तापमान मिश्र धातु घटकों का विकास किया।

अब तक, सभी देश नए उच्च तापमान मिश्र धातुओं पर शोध कर रहे हैं, निरंतर सफलताएं, नवाचार कर रहे हैं और अनुप्रयोग क्षेत्रों का विस्तार कर रहे हैं। आधुनिक उद्योग के विकास में, वे स्पष्ट रूप से एक अपरिहार्य मिश्र धातु सामग्री बन गए हैं।

(1) लौह-आधारित उच्च तापमान मिश्र धातु

लौह-आधारित उच्च तापमान मिश्र धातुओं को ऊष्मा-प्रतिरोधी मिश्र धातु इस्पात भी कहा जा सकता है। इसका मैट्रिक्स Fe तत्व है, जिसमें थोड़ी मात्रा में Ni, Cr और अन्य मिश्र धातु तत्व मिलाए जाते हैं। ऊष्मा-प्रतिरोधी मिश्र धातु इस्पात को इसकी सामान्यीकरण आवश्यकताओं के अनुसार मार्टेंसाइट, ऑस्टेनाइट, पर्लाइट, फेराइट ऊष्मा-प्रतिरोधी इस्पात आदि में विभाजित किया जा सकता है।

(2) निकल आधारित उच्च तापमान मिश्र धातु

निकल-आधारित उच्च तापमान मिश्र धातुओं में आधे से अधिक निकल होता है और यह 1000 डिग्री से ऊपर के कार्य स्थितियों के लिए उपयुक्त होते हैं। ठोस समाधान और उम्र बढ़ने के प्रसंस्करण का उपयोग करके, रेंगना प्रतिरोध और संपीड़ित उपज शक्ति में काफी सुधार किया जा सकता है। वर्तमान में, उच्च तापमान वाले वातावरण में उपयोग किए जाने वाले सुपरलॉय के विश्लेषण के आधार पर, निकल-आधारित सुपरलॉय का उपयोग करने का दायरा लौह-आधारित और कोबाल्ट-आधारित सुपरलॉय के उपयोग से कहीं अधिक है। साथ ही, निकल-आधारित उच्च तापमान मिश्र धातु मेरे देश में सबसे बड़े उत्पादन और सबसे बड़े उपयोग वाला उच्च तापमान मिश्र धातु भी है। कई टरबाइन इंजन टरबाइन ब्लेड और दहन कक्ष, और यहां तक ​​कि टर्बोचार्जर भी तैयारी सामग्री के रूप में निकल-आधारित मिश्र धातुओं का उपयोग करते हैं। आधी सदी से भी अधिक समय से, एयरोस्पेस इंजन में उपयोग की जाने वाली उच्च तापमान सामग्री की उच्च तापमान क्षमताएं 1940 के दशक के अंत में 750 डिग्री से बढ़कर 1990 के दशक के अंत में 1200 डिग्री हो गई यह कहा जाना चाहिए कि इस विशाल सुधार ने कास्टिंग प्रक्रियाओं, सतह कोटिंग्स आदि में भी तेजी से विकास को प्रेरित किया है।

(3) कोबाल्ट आधारित उच्च तापमान मिश्र धातु

कोबाल्ट-आधारित उच्च तापमान मिश्र धातु मैट्रिक्स के रूप में कोबाल्ट का उपयोग करते हैं, और कोबाल्ट सामग्री लगभग 60% होती है। साथ ही, उच्च तापमान मिश्र धातु के ताप प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए Cr और Ni जैसे तत्वों को जोड़ने की आवश्यकता होती है। यद्यपि इस उच्च तापमान मिश्र धातु में बेहतर ताप प्रतिरोध होता है, विभिन्न देशों के कारण कोबाल्ट संसाधनों का उत्पादन अपेक्षाकृत छोटा है और प्रसंस्करण मुश्किल है, इसलिए मात्रा बड़ी नहीं है। इसका उपयोग आमतौर पर उच्च तापमान की स्थिति (600 ~ 1000 डिग्री) और उच्च तापमान वाले हिस्सों में लंबे समय तक अत्यधिक जटिल तनाव के अधीन किया जाता है, जैसे कि एयरोइंजन, टरबाइन डिस्क, दहन कक्षों के हॉट-एंड घटक और एयरोस्पेस इंजन के कामकाजी ब्लेड। बेहतर ताप प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए, सामान्य परिस्थितियों में, इसकी बेहतर ताप प्रतिरोध और थकान प्रतिरोध सुनिश्चित करने के लिए तैयारी के दौरान W, MO, Ti, Al और Co जैसे तत्वों को जोड़ा जाना चाहिए।

मिश्र धातु सुदृढ़ीकरण के प्रकार के अनुसार, उच्च तापमान मिश्र धातुओं को ठोस समाधान सुदृढ़ीकरण उच्च तापमान मिश्र धातुओं और आयु अवक्षेपण सुदृढ़ीकरण मिश्र धातुओं में विभाजित किया जा सकता है।

(1) ठोस समाधान मजबूत प्रकार

तथाकथित ठोस विलयन सुदृढ़ीकरण प्रकार लोहे, निकल या कोबाल्ट-आधारित उच्च तापमान मिश्र धातुओं में कुछ मिश्र धातु तत्वों को जोड़कर एकल-चरण ऑस्टेनाइट संरचना बनाना है। विलेय परमाणु ठोस विलयन मैट्रिक्स जाली को विकृत करते हैं, जो ठोस विलयन में फिसलन प्रतिरोध को बढ़ाता है और इसे मजबूत करता है। कुछ विलेय परमाणु मिश्र धातु प्रणाली की स्टैकिंग दोष ऊर्जा को कम कर सकते हैं, अव्यवस्था अपघटन की प्रवृत्ति को बढ़ा सकते हैं, क्रॉस-स्लिप को मुश्किल बना सकते हैं, और उच्च तापमान मिश्र धातुओं को मजबूत करने के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए मिश्र धातु को मजबूत कर सकते हैं।

(2) उम्र बढ़ने से वर्षा मजबूत होती है

तथाकथित आयु अवक्षेपण सुदृढ़ीकरण एक ऊष्मा उपचार प्रक्रिया है जिसमें मिश्र धातु वर्कपीस ठोस समाधान उपचार, ठंडे प्लास्टिक विरूपण से गुजरता है, और इसके गुणों को बनाए रखने के लिए उच्च तापमान या कमरे के तापमान पर रखा जाता है। उदाहरण के लिए: GH4169 मिश्र धातु में 650 डिग्री पर 1000MPa की अधिकतम उपज शक्ति है, और ब्लेड बनाने के लिए मिश्र धातु का तापमान 950 डिग्री तक पहुंच सकता है।

सामग्री बनाने के तरीकों से विभाजित: कास्ट उच्च तापमान मिश्र धातु (साधारण कास्टिंग मिश्र धातु, एकल क्रिस्टल मिश्र धातु, दिशात्मक मिश्र धातु, आदि सहित), विकृत उच्च तापमान मिश्र धातु, और पाउडर धातु विज्ञान उच्च तापमान मिश्र धातु (साधारण पाउडर धातु विज्ञान और ऑक्साइड फैलाव-मजबूत उच्च तापमान मिश्र धातु सहित)।

(1) उच्च तापमान मिश्र धातु कास्टिंग

मिश्र धातु सामग्री जो भागों को सीधे तैयार करने के लिए कास्टिंग विधियों का उपयोग करती है, उन्हें कास्ट उच्च तापमान मिश्र धातु कहा जाता है। मिश्र धातु मैट्रिक्स की संरचना के अनुसार, इसे तीन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: लौह-आधारित कास्टिंग सुपरलॉय, निकल-आधारित कास्टिंग सुपरलॉय और हीरा-आधारित कास्टिंग सुपरलॉय। क्रिस्टलीकरण विधि के अनुसार, इसे चार प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: पॉलीक्रिस्टलाइन कास्ट सुपरलॉय, दिशात्मक ठोसकरण कास्ट सुपरलॉय, दिशात्मक यूटेक्टिक कास्ट सुपरलॉय और सिंगल क्रिस्टल कास्ट सुपरलॉय।

(2) विकृत उच्च तापमान मिश्र धातु

यह अभी भी एयरोस्पेस इंजन में सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री है और इसका व्यापक रूप से देश और विदेश में उपयोग किया जाता है। मेरे देश का विकृत सुपरलॉय का वार्षिक उत्पादन संयुक्त राज्य अमेरिका के लगभग 1/8 है [2]। GH4169 मिश्र धातु को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, यह देश और विदेश में सबसे अधिक अनुप्रयोगों के साथ मुख्य किस्म है। मेरे देश में, बोल्ट, कंप्रेसर और पहिए, और टर्बोशाफ्ट इंजन के तेल स्लिंग पैन मुख्य रूप से मुख्य भागों के रूप में उपयोग किए जाते हैं। जैसे-जैसे अन्य मिश्र धातु उत्पाद तेजी से परिपक्व होते जाते हैं, उच्च तापमान पर विरूपण होता है। मिश्र धातुओं का उपयोग धीरे-धीरे कम हो सकता है लेकिन आने वाले दशकों में प्रमुख रहेगा।

(3) नया उच्च तापमान मिश्र धातु

जिसमें पाउडर उच्च तापमान मिश्र धातु, टाइटेनियम-एल्यूमीनियम इंटरमेटेलिक यौगिक, ऑक्साइड फैलाव-मजबूत उच्च तापमान मिश्र धातु, संक्षारण प्रतिरोधी उच्च तापमान मिश्र धातु, पाउडर धातु विज्ञान और नैनोमटेरियल और अन्य उत्पाद खंड शामिल हैं।

① पाउडर सुपरलॉय की तीसरी पीढ़ी की मिश्र धातु की डिग्री में सुधार किया गया है, जिससे यह पहली दो पीढ़ियों के लाभों को ध्यान में रखते हुए उच्च शक्ति और कम क्षति प्राप्त कर सकता है। पाउडर सुपरलॉय की उत्पादन प्रक्रिया तेजी से परिपक्व होती जा रही है। भविष्य में, इसे निम्नलिखित पहलुओं से विकसित किया जा सकता है: पाउडर तैयारी, गर्मी उपचार प्रक्रिया, कंप्यूटर सिमुलेशन तकनीक, दोहरे प्रदर्शन पाउडर डिस्क;

②टाइटेनियम-एल्यूमीनियम इंटरमेटेलिक यौगिकों को चौथी पीढ़ी तक विकसित किया गया है, और धीरे-धीरे बहु-तत्व सूक्ष्म-तत्व और बड़े-तत्व सूक्ष्म-तत्व की दो दिशाओं में विस्तार कर रहे हैं। जर्मनी में हैम्बर्ग विश्वविद्यालय, जापान में क्योटो विश्वविद्यालय और जर्मनी में जीकेएसएस केंद्र सभी ने टाइटेनियम पर व्यापक शोध किया है। एल्यूमीनियम इंटरमेटेलिक यौगिकों का उपयोग अब जहाज निर्माण, बायोमेडिकल और खेल के सामान के क्षेत्रों में किया जाता है;

③ऑक्साइड फैलाव-मजबूत सुपरलॉय पाउडर सुपरलॉय का हिस्सा हैं। उत्पादन और विकास के तहत लगभग 20 प्रकार हैं। उनके पास उच्च उच्च तापमान शक्ति और कम तनाव गुणांक हैं और गैस टर्बाइन, उन्नत एयरोस्पेस इंजन आदि के गर्मी प्रतिरोधी और एंटी-ऑक्सीडेशन घटकों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। पेट्रोकेमिकल रिएक्टर, आदि;

④संक्षारण प्रतिरोधी उच्च तापमान मिश्र धातुओं का उपयोग मुख्य रूप से निर्माण और एयरोस्पेस के क्षेत्र में आग रोक सामग्री और गर्मी प्रतिरोधी स्टील को बदलने के लिए किया जाता है।

NiTi मेमोरी मिश्र धातु प्लेट

मेडिकल निटिनॉल वायर