ما هي تصنيفات السبائك عالية الحرارة؟

باعتبارها سبيكة خاصة يمكنها الحفاظ على خصائص ميكانيكية ممتازة واستقرار كيميائي ممتاز في بيئات درجات الحرارة العالية، يتم تصنيف السبائك عالية الحرارة بناءً على خصائص المواد المختلفة ومتطلبات التطبيق، مما يشكل إطار تصنيف متعدد الأبعاد.

وفقًا لتكوين عناصر المصفوفة، يمكن تقسيم السبائك عالية الحرارة إلى ثلاث فئات: سبائك أساسها الحديد، وقاعدتها النيكل، وقاعدتها الكوبالت. تتألف السبائك عالية الحرارة القائمة على الحديد بشكل أساسي من الحديد، مع إضافة عناصر مثل الكروم والنيكل لتشكيل هيكل أوستنيتي. على سبيل المثال، تتميز سبيكة GH2132 بتكلفة منخفضة وأداء معالجة ممتاز، وهي مناسبة لظروف درجات الحرارة المتوسطة. وتُستخدم عادةً في معدات مثل شفرات التوربينات البخارية. تعتمد سبائك النيكل ذات درجة الحرارة العالية على النيكل (بمحتوى عالٍ نسبيًا) ويتم تقويتها بإضافة عناصر مثل التنجستن والموليبدينوم، والتي يمكن أن تحافظ على قوة عالية في درجات حرارة أعلى. يعتبر Inconel718 ممثلاً نموذجياً ويستخدم على نطاق واسع في أقراص توربينات محركات الطائرات. تتفوق السبائك عالية الحرارة القائمة على الكوبالت، مثل سبيكة هاينز25، في بيئات الغاز المحتوية على الكبريت بسبب مقاومتها الممتازة للحرارة والتآكل. وتُستخدم عادةً في تصنيع مكونات غرفة الاحتراق للتوربينات الغازية.

ووفقًا للاختلافات في آليات التقوية، يمكن تقسيم السبائك عالية الحرارة إلى نوع تقوية المحلول الصلب، ونوع تقوية الترسيب المتقادم، ونوع تقوية تشتت الأكسيد. يشكّل نوع التقوية بالمحلول الصلب محلولًا صلبًا موحدًا بإضافة عناصر مثل الكروم والموليبدينوم، مثل Inconel625، الذي يتمتع بمرونة وقابلية لحام جيدة ومناسب لتصنيع مكونات مثل خطوط الأنابيب التي تتطلب تشغيلًا على البارد. تترسب السبائك المعززة بالترسيب المتقادم طور γ 'γ (مثل Ni3Al) في درجات حرارة عالية، وتتحسن قوتها بشكل كبير بعد معالجة التقادم. يحقق GH4169 قوة أعلى في درجة حرارة الغرفة من خلال هذه الآلية. يعيق نوع تقوية تشتت الأكسيد حركة الخلع من خلال جزيئات الأكسيد النانوية (مثل Y2O3)، وسبائك MA956 من هذا النوع، مع مقاومة أكسدة في درجات الحرارة العالية تتجاوز بكثير السبائك التقليدية.

ووفقًا لتصنيف عمليات التشكيل، تشمل السبائك عالية الحرارة السبائك المشوهة عالية الحرارة، والسبائك المصبوبة عالية الحرارة، والسبائك عالية الحرارة المسبوكة، وسبائك المساحيق المعدنية عالية الحرارة. تُصنع السبائك عالية الحرارة القابلة للتشوه، مثل GH3030، من خلال المعالجة البلاستيكية مثل التشكيل والدرفلة، ولها بنية حبيبية دقيقة وخصائص ميكانيكية ممتازة. وتُستخدم عادةً في تصنيع تجهيزات الأنابيب رقيقة الجدران. يعتمد صب السبائك عالية الحرارة على تكنولوجيا الصب الاستثماري، والتي يمكن أن تشكل أشكالاً معقدة. سبيكة K418 هي درجة صب نموذجية، مناسبة للمكونات غير المنتظمة مثل شفرات التوربينات. تتشكل سبائك المساحيق المعدنية ذات درجة الحرارة العالية عن طريق تلبيد المسحوق، مع تركيبة موحدة وعدم وجود فصل عياني. وقد تحسنت قوة إجهاد سبيكة FGH96 بشكل كبير مقارنةً بالسبائك المشوهة المماثلة، مما يجعلها المادة المفضلة لأقراص التوربينات المتقدمة للمحرك.
​
بالإضافة إلى ذلك، يمكن تقسيمها أيضًا إلى فئات مثل الفضاء والبتروكيماويات والطاقة والكهرباء وفقًا لسيناريوهات التطبيق. تركّز السبائك عالية الحرارة في مجال الفضاء الجوي على مقاومة درجات الحرارة العالية وخفة الوزن والمقاومة اللحظية لدرجات الحرارة العالية، بينما تولي السبائك المستخدمة في البتروكيماويات اهتمامًا أكبر لمقاومة التآكل الكبريتي، مثل سبيكة N08810، التي تؤدي أداءً ممتازًا في معدات معالجة النفط الخام المحتوية على الكبريت. لا يعكس نظام التصنيف متعدد الأبعاد هذا الطبيعة المادية للسبائك عالية الحرارة فحسب، بل يوفر أيضًا إرشادات واضحة لاختيار المواد في السيناريوهات الصناعية المختلفة. مع تطور تكنولوجيا المواد، تستمر أنواع جديدة من السبائك عالية الحرارة في الظهور، كما يتم إثراء نظام التصنيف وتحسينه باستمرار، مما يضع أساسًا مهمًا للبحث في السبائك عالية الحرارة وتطبيقها.