حسنًا، إذا كانت السبائك الفائقة مهمة جدًا للتكنولوجيا، فيجب أن يكون لها بعض الخصائص الفريدة ! ما هذا؟
لسوء الحظ، تعريف superalloy فشل قليلا هنا. من أجل البساطة، في كل مرة أقول " السبائك الفائقة " في هذه المقالة، يمكنك أن تفترض أنني أشير إلى " السبائك الفائقة القائمة على النيكل".
تحتوي السبائك الفائقة القائمة على النيكل على بنية مجهرية مذهلة، مما يعطي المواد خصائص درجات حرارة عالية ممتازة، ولكن هناك أيضًا أنظمة سبائك أخرى تسمى " السبائك الفائقة " لمجرد أنها تتمتع بخصائص درجات حرارة عالية جيدة ( لا توجد بنية مجهرية خاصة).
قبل أن أشرح هذه البنية المجهرية، أريد أن أريكم مخططًا للعلاقة بين قوة العائد ودرجة الحرارة.
قوة العائد هي مقياس القوة الأساسي الذي يستخدمه المهندسون ( إذا كنت تريد شرحًا أعمق، راجع هذه المقالة).
كما قد تخمن، مع ارتفاع درجة الحرارة، يجب أن تنخفض القوة. الطاقة الحرارية تعني أن الذرات تهتز بشكل أسرع، لذلك من المرجح أن تنزلق عبر بعضها البعض. في جميع المواد تقريبًا، تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى تقليل القوة.
الاستثناء هو السبائك الفائقة القائمة على النيكل، كما ترون في الرسم البياني. مع ارتفاع درجة الحرارة، هناك " سنام " مع زيادة الكثافة. وهذا ما يسمى قوة العائد غير الطبيعية لأن القوة غير طبيعية.
قوة العائد غير الطبيعية تعني - جزء كبير عند نقطة انصهارها - أن السبائك الفائقة القائمة على النيكل لديها قوة أعلى بكثير من معظم المواد. لهذا السبب هم ممتازون جدا في درجات الحرارة العالية.
تتميز السبائك الفائقة القائمة على النيكل بقوة إنتاجية غير طبيعية بسبب هيكلها الفريد γ / γ '( عدد أولي واضح γ، γ).
أسباب هذه الظاهرة في البنية المجهرية معقدة للغاية ومن الصعب فهمها دون خلفية علم المواد. سأقدم لك التفسير الكامل في مقال آخر. أنا محبط، لم أتعلم هذا أبداً في الكلية، لذا إذا كنت تريد مني استخدام كلمات لا تعرفها الآن، فإن قوة العائد الشاذة هي بسبب قفل الانزلاق المتقاطع للخلع الجزئي.
لكن هذا يكفي - ما هي غاما و غاماسو؟
غاما هو الحرف الثالث في الحروف اليونانية، غاما. لأي سبب من الأسباب، كان هذا يشير تاريخيا إلى الحروف في مرحلة FCC. وتستخدم غاما أيضا للإشارة إلى الأوستينيت في الفولاذ ( لأن الأوستينيت هو من نوع FCC).
FCC تعني " مكعب محوره الوجه"، وهو أحد أكثر الهياكل البلورية شيوعًا واستقرارًا. لفهم كيف تبدو بلورة FCC، تخيل مكعبًا به ذرة في كل زاوية وكل وجه من المكعب. هذا ما تفعله لجنة الاتصالات الفدرالية !
غاما'مركب بين الفلزات له هيكل L12. هذا ترتيب منظم لـ FCC.
هناك ذرة ني على سطح جاما، وذرة أخرى على الزاوية. عادة، ذرة أخرى هي آل.
دعونا نلقي نظرة على خليط من 75% Ni و 25% Al لتوضيح الفرق بين جاما و جاما '.
غاما هو حل بديل للتكسير الحفاز. كما رأيت من قبل، فإن Ni الخالص سيكون FCC عادي. ويمكن إذابة Al في Ni. لنفترض أن 25% الألومنيوم يمكن إذابته في النيكل، وسوف تحصل على شيء مثل الصورة على اليسار. سيتم استبدال ربع ذرات ني بشكل عشوائي بـ Al ( إذا لم تكن متأكدًا من كيفية حساب الذرات للتأكد من أن ربع هذه الذرات هو Al، أقترح عليك قراءة هذه المقالة).
في γ '، الهيكل منظم. Al Atome يجلس دائمًا في الزاوية، بينما يجلس Ni على وجهه. قد يكون هناك بديل لـ γ' أيضًا - لا توجد قاعدة تمنع Ni من الذهاب إلى الزاوية، لكن الصورة على اليمين تظهر الحالة المفضلة. إذا كانت الذرات تميل إلى الترتيب بهذه الطريقة، فإن المرحلة هي L12. إذا لم يكن هناك تفضيل، فإن المرحلة هي مجرد FCC.
من الصعب شرح الكثير عن γ'دون شرح الخلع، لكنني سأبذل قصارى جهدي. مزيج جاما و جاما رائع، لأن جاما قاسية وتجمع جاما قاسية. بسبب العلاقة بين المرحلة / المصفوفة المترسبة، تستفيد السبائك من القوة والمتانة.
ويسمى هذا التعزيز تعزيز هطول الأمطار وهو شائع في معظم السبائك المتقدمة.
بالإضافة إلى ذلك، γ 'خاصة لأنها ذات صلة.
أظهرت النتائج أن المسافة بين الذرات في Ni و Ni3Al ليست كبيرة جدًا. قد يكون Ni3Al 1% أصغر من شعرية جاما. نتيجة لذلك، يتم توصيل الواجهة بين γ'و γ. ليس هذا هو الحال ( أكثر شيوعًا ) في الرواسب غير المتماسكة.
إذا تخيلت أن صفًا واحدًا من الذرات يحتاج إلى الانزلاق عبر صف آخر، فإن واجهة الاتصال بين γ و γ' تسمح بذلك. هذا هو ما يجعل ترسبات جاما أكثر صلابة من معظم أنواع الترسبات الأخرى. ليس من السهل على الذرات الانزلاق مع بعضها البعض بسبب سلالة شعرية، ولكن هذا ممكن.
بالنسبة للرواسب غير المتماسكة، يكون الفرق بين المصفوفة والرواسب طفريًا. لا توجد طريقة لدفع صف من الذرات في المصفوفة، لأنها لا ترتبط بهطول الأمطار. إذا كانت هناك قوة كافية لدفع صف من الذرات، فقد تتصدع المادة.
بالإضافة إلى تقوية هطول الأمطار، تستفيد السبائك الفائقة أيضًا من تقوية المحلول الصلب. هذا التعزيز موجود في جميع السبائك، لكنه جدير بالملاحظة بشكل خاص في السبائك الفائقة، والتي تم تطويرها إلى درجة أن السبائك الفائقة التجارية قد تحتوي على أكثر من عشرة عناصر.
