Welnu, als superlegeringen zo belangrijk zijn voor technologie, moeten ze een unieke prestatie hebben! Wat is het?
Helaas is de definitie van superlegeringen hier een beetje mislukt. Voor de eenvoud, elke keer dat ik "superlegeringen" zeg in dit artikel, kun je aannemen dat ik het heb over "superlegeringen op nikkelbasis".
Op nikkel gebaseerde superlegeringen hebben een verbazingwekkende microstructuur die het materiaal uitstekende eigenschappen bij hoge temperaturen geeft, maar er zijn ook andere legeringssystemen die "superlegeringen" worden genoemd, simpelweg omdat ze goede eigenschappen bij hoge temperaturen hebben (geen speciale microstructuur).
Voordat ik deze microstructuur uitleg, wil ik je een kaart laten zien van de relatie tussen vloeigrens en temperatuur.
De vloeigrens is de meest elementaire sterktemeting die ingenieurs gebruiken (zie dit artikel als u een meer diepgaande uitleg wilt).
Zoals je misschien geraden hebt, zou de intensiteit moeten afnemen naarmate de temperatuur stijgt. Thermische energie betekent dat atomen sneller trillen, dus ze zullen eerder over elkaar glijden. In bijna alle materialen vermindert een temperatuurstijging de sterkte.
Op nikkel gebaseerde superlegeringen vormen een uitzondering, zoals je in de grafiek ziet. Naarmate de temperatuur stijgt, is er een "bult" met verhoogde intensiteit. Dit wordt een abnormale vloeigrens genoemd omdat de intensiteit niet normaal is.
Abnormale vloeigrens betekent-met een hoge fractie van het smeltpunt-dat superlegeringen op nikkelbasis een veel hogere sterkte hebben dan de meeste materialen. Daarom zijn ze zo goed bij hoge temperaturen.
Op nikkel gebaseerde superlegeringen hebben een abnormale vloeigrens vanwege hun unieke γ-y-y-structuur (voor de hand liggende γ- en γ-priemgetal).
De reden voor dit fenomeen in de microstructuur is zeer gecompliceerd en het is moeilijk te begrijpen zonder de achtergrond van de materiaalwetenschap. Ik zal u in een ander artikel een volledige uitleg geven. Ik ben erg depressief, ik heb dit nog nooit op de universiteit geleerd, dus als je wilt dat ik woorden gebruik die je nu niet kent, is de abnormale vloeigrens te wijten aan gedeeltelijke dislocatie cross-slip vergrendeling.
Maar genoeg-wat zijn gamma en gamma?
Gama is de derde letter in het Griekse alfabet, γ. Om welke reden dan ook, dit is altijd al een letter geweest in de FCC-fase. Ook gebruikt om te verwijzen naar austeniet in staal (omdat austeniet FCC is).
De FCC betekent de "kubus", een van de meest voorkomende en stabiele kristalstructuren. Om te begrijpen hoe het FCC-kristal eruit ziet, stel je een kubus voor met een atoom op elke hoek en elk oppervlak van de kubus. De FCC is zo!
γ' is een intermetallische verbinding met een L12-structuur. Dit is een ordelijke opstelling van de FCC.
Het oppervlak van γ' heeft een Ni-atoom en een ander atoom op de hoek. Over het algemeen is een ander atoom Al.
Laten we eens kijken naar een mengsel van 75% Ni en 25% Al om het verschil tussen γen γ'' te illustreren.
γis een alternatieve oplossing voor katalytisch kraken. Zoals je eerder hebt gezien, zal puur Ni een normale FCC zijn. Al kan worden opgelost in Ni. Stel dat 25%-aluminium kan worden opgelost in nikkel en je krijgt hetzelfde als het beeld links. Een kwart van de Ni-atomen zal willekeurig worden vervangen door Al (als je niet zeker weet hoe ik het atoom bereken om te bepalen dat een kwart daarvan Al is, raad ik je aan dit artikel te lezen).
In γ' is de structuur geordend. Al atomen zitten altijd in de hoek, terwijl Ni op het gezicht zit. γ'' kan ook worden vervangen-er is geen wet om Ni te stoppen om naar de hoek te gaan, maar het beeld aan de rechterkant toont de voorkeursstatus. Als de atomen de neiging hebben om op deze manier te worden gerangschikt, is de fase L12. Als er geen voorkeur is, is de fase alleen FCC.
Als je de dislocaties niet uitlegt, is het moeilijk om te veel dingen over γ'' uit te leggen, maar ik zal mijn best doen. De combinatie van gamma en gamma is geweldig omdat gamma taai is en de harde gamma'bindt. De legering profiteert van sterkte en taaiheid als gevolg van de geprecipiteerde fase/matrixrelatie.
Deze versterking wordt precipitatieversterking genoemd en komt veel voor in de meeste geavanceerde legeringen.
Ook gamma' is speciaal omdat het relevant is.
De resultaten laten zien dat de afstand tussen atomen in Ni en Ni3Al niet erg groot is. Ni3Al kan 11 tp1t kleiner zijn dan zijn gammarooster. Als gevolg hiervan is de interface tussen γ' en γ' verbonden. Dit is niet het geval bij incoherente neerslag (meer gebruikelijk).
Als je je voorstelt dat een rij atomen over een andere rij moet glijden, maakt de verbindingsinterface tussen γen γ'dit mogelijk. Daarom is het dus moeilijker om de gammaneerslag te laten neerslaan dan de meeste andere soorten neerslag. Het is niet gemakkelijk om met elkaar te schuiven vanwege de roosterstam, maar dit is mogelijk.
Voor incoherente precipitaten is het verschil tussen de matrix en de precipitaten abrupt. Er is geen manier om een rij atomen in de matrix te duwen omdat ze niet verbonden zijn met het neerslag. Als er voldoende kracht is om een rij atomen over te duwen, kan het materiaal scheuren vertonen.
Naast de precipitatieversterking profiteren superlegeringen ook van de versterking van de vaste oplossing. Deze versterking is aanwezig in alle legeringen, maar is vooral opmerkelijk in superlegeringen omdat ze zo ontwikkeld zijn dat een commerciële superlegering meer dan een dozijn elementen kan bevatten.
