Nun, wenn Superlegierungen so wichtig für die Technologie sind, müssen sie eine einzigartige Eigenschaft haben! Was ist das?
Leider ist die Definition von Superlegierungen hier ein wenig gescheitert. Der Einfachheit halber, jedes Mal, wenn ich in diesem Artikel von "Superlegierungen" spreche, können Sie davon ausgehen, dass ich von "Nickelbasis-Superlegierungen" spreche.
Nickelbasierte Superlegierungen haben eine erstaunliche Mikrostruktur, die dem Material hervorragende Hochtemperatureigenschaften verleiht, aber es gibt auch andere Legierungssysteme, die als "Superlegierungen" bezeichnet werden, nur weil sie gute Hochtemperatureigenschaften aufweisen (keine spezielle Mikrostruktur).
Bevor ich diese Mikrostruktur erkläre, möchte ich Ihnen ein Diagramm der Streckgrenze und der Temperatur zeigen.
Die Streckgrenze ist das grundlegendste Festigkeitsmaß, das von Ingenieuren verwendet wird (wenn Sie eine tiefere Erklärung wünschen, schauen Sie sich diesen Artikel an).
Wie Sie wahrscheinlich erraten, sollte die Intensität mit steigender Temperatur abnehmen. Thermische Energie bedeutet, dass Atome schneller vibrieren und daher eher aneinander vorbeirutschen. In fast allen Werkstoffen verringert eine Temperaturerhöhung die Festigkeit.
Nickelbasierte Superlegierungen sind eine Ausnahme, wie Sie in der Grafik sehen können. Mit steigender Temperatur gibt es einen "Buckel", der an Intensität zunimmt. Dies wird als anomale Streckgrenze bezeichnet, da die Festigkeit nicht normal ist.
Die anomale Streckgrenze bedeutet, dass Nickelbasis-Superlegierungen – in einem hohen Anteil an ihrem Schmelzpunkt – eine deutlich höhere Festigkeit aufweisen als die meisten Werkstoffe. Deshalb sind sie so gut bei hohen Temperaturen.
Superlegierungen auf Nickelbasis weisen aufgrund ihrer einzigartigen Struktur (offensichtlich, Primzahl) eine abnormale Streckgrenze auf.
Die Ursachen für dieses Phänomen in Mikrostrukturen sind sehr komplex und ohne materialwissenschaftlichen Hintergrund schwer zu verstehen. Ich werde Ihnen die vollständige Erklärung in einem separaten Artikel geben. Ich war frustriert, ich habe das nie auf dem College gelernt, also wenn Sie wollen, dass ich Wörter verwende, die Sie jetzt nicht kennen, ist die anomale Streckgrenze wegen der teilweise versetzten Cross-Slide-Verriegelung.
Aber genug-was sind Gamma und Gammasun?
Gamma ist der dritte Buchstabe des griechischen Alphabets. Aus welchem Grund auch immer, dies hat historisch auf die Buchstaben der FCC-Phase Bezug genommen. Wird auch verwendet, um sich auf Austenit in Stahl zu beziehen (da Austenit FCC ist).
FCC bedeutet "flächenzentrierter Kubik", und es ist eine der häufigsten und stabilsten Kristallstrukturen. Um zu verstehen, wie ein FCC-Kristall aussieht, stellen Sie sich einen Würfel mit einem Atom an jeder Ecke und an jeder Seite des Würfels vor. Das ist die FCC!
"Ist eine intermetallische Verbindung mit einer L12-Struktur. Dies ist eine geordnete Anordnung der FCC.
Es gibt ein Ni-Atom auf der Oberfläche und ein anderes Atom auf den Ecken. Normalerweise ist das andere Atom Al.
Schauen wir uns eine Mischung aus 75% Ni und 25% Al an, um den Unterschied zwischen und zu veranschaulichen.
Es ist eine katalytische Crackersatzlösung. Wie Sie bereits gesehen haben, wird reines Ni eine reguläre FCC sein. Al kann in Ni gelöst werden. Angenommen, 25% Aluminium kann in Nickel gelöst werden, und Sie erhalten so etwas wie das Bild links. Ein Viertel des Ni-Atoms wird zufällig durch Al ersetzt (wenn Sie nicht sicher sind, wie ich das Atom berechnet habe, um festzustellen, dass ein Viertel davon Al ist, empfehle ich Ihnen, diesen Artikel zu lesen).
Die Struktur ist in Ordnung. Das Al-Atom sitzt immer in der Ecke, während das Ni auf dem Gesicht sitzt. "Es kann auch Ersetzungen geben-es gibt keine Regel, die Ni daran hindert, in die Ecke zu gehen, aber das Bild rechts zeigt den bevorzugten Zustand. Wenn die Atome dazu neigen, sich so auszurichten, ist die Phase L12. Wenn es keine Präferenz gibt, ist Phase nur FCC.
Es ist schwer zu viel zu erklären, ohne die Versetzungen zu erklären, aber ich werde mein Bestes tun. Die Kombination mit "ist groß, weil es hart ist und hart" kombiniert. Aufgrund der ausgefällten Phasen/Matrix-Beziehung profitieren Legierungen von Festigkeit und Zähigkeit.
Diese Verfestigung wird als Ausfällungsverfestigung bezeichnet und ist in den meisten fortgeschrittenen Legierungen üblich.
Darüber hinaus ist "speziell, weil es kohärent ist.
Die Ergebnisse zeigen, dass der Abstand zwischen den Atomen in Ni und Ni3Al nicht groß ist. Ni3Al kann 11 tp1 t kleiner sein als der Rest des Gitters. Infolgedessen ist die Schnittstelle zwischen "und" verbunden. Dies ist nicht der Fall (häufiger) bei inkohärenten Ausfällungen.
Wenn Sie sich vorstellen, dass eine Reihe von Atomen über eine andere Reihe gleiten muss, ermöglicht die Verbindungsschnittstelle zwischen und'dies. Dies macht die Sedimentation härter als die meisten anderen Sedimentationsarten. Aufgrund der Gitterspannung ist es nicht einfach, zwischen den Atomen zu gleiten, aber es ist möglich.
Bei inkohärenten Ausscheidungen ist der Unterschied zwischen Matrix und Ausscheidungen abrupt. Es gibt keine Möglichkeit, eine Reihe von Atomen in der Matrix zu schieben, da sie nicht mit dem Niederschlag verbunden sind. Wenn genug Kraft vorhanden ist, um eine Reihe von Atomen durch das Material zu schieben, kann es zu Rissen im Material kommen.
Superlegierungen profitieren neben der Ausfällungsverstärkung auch von der Festlösungsverstärkung. Diese Verstärkung ist in allen Legierungen vorhanden, aber besonders bemerkenswert ist sie in Superlegierungen, die so entwickelt sind, dass eine kommerzielle Superlegierung mehr als ein Dutzend Elemente enthalten kann.
