Eh bien, si les superalliages sont si importants pour la technologie, ils doivent avoir des propriétés uniques! Qu'est-ce que c'est?
Malheureusement, la définition des superalliages a un peu échoué ici. Par souci de simplicité, chaque fois que je dis "superalliages" dans cet article, vous pouvez supposer que je veux dire "superalliages à base de nickel".
Les superalliages à base de nickel ont des microstructures étonnantes qui confèrent au matériau d'excellentes propriétés à haute température, mais il existe d'autres systèmes d'alliages appelés "superalliages" simplement parce qu'ils ont de bonnes propriétés à haute température (sans microstructure spéciale).
Avant d'expliquer cette microstructure, j'aimerais vous montrer un diagramme de la limite d'élasticité en fonction de la température.
La limite d'élasticité est la mesure de résistance la plus élémentaire utilisée par les ingénieurs (si vous voulez une explication plus approfondie, consultez cet article).
Comme vous pouvez le deviner, l'intensité devrait diminuer à mesure que la température augmente. L'énergie thermique signifie que les atomes vibrent plus rapidement, donc ils sont plus susceptibles de glisser les uns sur les autres. Dans presque tous les matériaux, l'augmentation de la température réduit la résistance.
Les superalliages à base de nickel sont une exception, comme vous pouvez le voir sur le graphique. À mesure que la température augmente, il y a une "bosse" qui augmente en intensité. C'est ce qu'on appelle la limite d'élasticité anormale parce que la résistance est anormale.
La limite d'élasticité anormale signifie que, à une fraction élevée de leur point de fusion, les superalliages à base de nickel ont une résistance beaucoup plus élevée que la plupart des matériaux. C'est pourquoi ils sont si excellents à des températures élevées.
Les superalliages à base de nickel ont une limite d'élasticité anormale en raison de leur structure unique (évidente, première).
Les raisons de ce phénomène dans les microstructures sont très complexes et difficiles à comprendre sans une formation en science des matériaux. Je vous présenterai l'explication complète dans un autre article. Je suis frustré, je n'ai jamais appris ça à la fac, donc si vous voulez que j'utilise des mots que vous ne connaissez pas en ce moment, la limite d'élasticité anormale est due à une dislocation partielle du verrouillage par glissement croisé.
Mais ça suffit-qu'est-ce que le gamma et le gamma-sulfure?
Gamma est la troisième lettre de l'alphabet grec. Pour quelque raison que ce soit, cela a toujours été une référence aux lettres de la phase de la FCC. Il est également utilisé pour désigner l'austénite dans l'acier (car l'austénite est FCC).
FCC signifie « cube face-centré » et c'est l'une des structures cristallines les plus communes et les plus stables. Pour comprendre à quoi ressemble un cristal FCC, imaginez un cube avec un atome à chaque coin et à chaque face du cube. La FCC est comme ça!
« est un composé intermétallique de structure L12. Il s'agit d'un arrangement ordonné de la FCC.
Il y a des atomes de Ni sur la surface et un autre atome sur les coins. Habituellement, l'autre atome est Al.
Examinons un mélange de 751 tp1t de Ni, 251 tp1t d'Al pour illustrer la différence entre '.
Il s'agit d'une solution alternative de craquage catalytique. Comme vous l'avez déjà vu, le Ni pur sera un FCC régulier. Al peut être dissous dans Ni. Supposons que l'aluminium 25% puisse se dissoudre dans le nickel et vous obtiendrez quelque chose comme l'image de gauche. Un quart des atomes de Ni sera remplacé aléatoirement par Al (je vous suggère de lire cet article si vous n'êtes pas sûr de la façon dont je calcule les atomes pour être sûr qu'un quart de ces atomes est Al).
En ', la structure est ordonnée. L'atome d'Al est toujours assis dans le coin, tandis que Ni est assis sur le visage. 'Il peut également y avoir des remplacements-aucune règle n'empêche Ni d'aller dans les coins, mais l'image à droite montre l'état préféré. Si les atomes tendent à s'aligner de cette façon, la phase est L12. S'il n'y a pas de préférence, la phase est juste FCC.
Il est difficile d'expliquer trop de choses à ce sujet sans expliquer les dislocations, mais je ferai de mon mieux. La combinaison de'et est géniale parce qu'elle est dure et combine le dur. En raison de la relation précipité/matrice, l'alliage bénéficie de la résistance et de la ténacité.
Ce renforcement est connu sous le nom de renforcement par précipitation et est commun dans la plupart des alliages avancés.
De plus, « est spécial car il est cohérent.
Les résultats montrent que la distance entre les atomes dans Ni et Ni3Al n'est pas grande. Ni3Al peut être 11 tp1 t plus petit que le reste du réseau. En conséquence, l'interface entre « et est connectée. Ce n'est pas le cas dans les précipitations non cohérentes (plus courantes).
Si vous imaginez qu'une rangée d'atomes doit glisser sur une autre rangée, et l'interface de connexion entre'permet cela. C'est ce qui rend les précipitations plus résistantes que la plupart des autres types de précipitations. En raison de la déformation du réseau, il n'est pas facile pour les atomes de glisser les uns sur les autres, mais c'est possible.
Pour les précipités non cohérents, la différence entre la matrice et les précipités est brusque. Il n'y a aucun moyen de pousser une rangée d'atomes dans la matrice, car ils ne se connectent pas à la précipitation. S'il y a assez de force pour pousser une rangée d'atomes à travers, le matériau peut se fissurer.
En plus du renforcement de la précipitation du superalliage, il bénéficie également du renforcement de la solution solide. Ce renforcement est présent dans tous les alliages, mais il est particulièrement remarquable dans les superalliages, qui sont si développés qu'un superalliage commercial peut contenir plus d'une douzaine d'éléments.
