Les alliages à haute-température, également appelés alliages ou superalliages-résistants à la chaleur, sont une classe de matériaux métalliques capables de fonctionner à long-fonctionnement à long terme dans des-environnements à haute température et sous certaines contraintes. Ils présentent une excellente résistance à l'oxydation à haute-température et à la corrosion à chaud, ainsi qu'une résistance supérieure à haute-température, une résistance à la fatigue et une ténacité à la rupture par fluage. Ces alliages sont principalement utilisés dans les moteurs de turbines aérospatiales, énergétiques et marines.
Classification des alliages-hautes températures
1. Selon le matériau de la matrice, ils peuvent être divisés en trois catégories : à base de fer-, à base de nickel - et à base de cobalt -.
(1) Les alliages à haute température-à base de fer-sont également appelés aciers alliés-résistants à la chaleur. Les aciers alliés -résistants à la chaleur peuvent être divisés en aciers résistants à la chaleur martensite, austénite, perlite, ferrite-, etc., en fonction de leurs exigences de normalisation. Les alliages à haute température à base de fer - ont une température de fonctionnement relativement basse (600 ~ 850 degrés), mais leurs propriétés mécaniques à température moyenne - sont bonnes, équivalentes ou supérieures à celles des alliages similaires à base de nickel -. De plus, ils sont bon marché et faciles à déformer lors du travail à chaud. Ils sont généralement utilisés dans les parties du moteur ayant des températures de fonctionnement plus basses, telles que les disques de turbine, les carters et les arbres.
(2) Les alliages à haute température-à base de nickel-ont la température de fonctionnement la plus élevée (environ 1 000 degrés) et sont largement utilisés dans la fabrication des pièces les plus chaudes des moteurs à réaction d'aviation et de diverses turbines à gaz industrielles, telles que les aubes de turbine, les aubes directrices, les turbines, etc.
(3) Les alliages à haute température à base de cobalt-ont une bonne coulabilité et soudabilité et peuvent être utilisés à des températures élevées de 700 à 1 050 degrés. Il est principalement composé de cobalt, et son représentant typique est le K610, qui contient plus de 58 % de cobalt. En raison du prix élevé et de la pénurie de cobalt, celui-ci est rarement utilisé dans le pays et à l’étranger. Les marques existantes incluent K640, K644, GH188, etc.
2. Selon le processus de préparation, il peut être divisé en alliages déformés à haute température {{1}, en alliages coulés à haute température - et en alliages en poudre à haute température -.
(1) Alliages déformés à haute-température
Les alliages déformés à haute-température font référence à des alliages à haute-température qui sont fabriqués par traitement à froid et à chaud de lingots en divers profils ou ébauches de pièces, et enfin en pièces à extrémité chaude-. La clé est que le lingot d’alliage puisse se former. Comparés aux alliages coulés à haute température-, les alliages déformés à haute température-ont un faible degré d'alliage. Par conséquent, le point de fusion est plus élevé, la limite supérieure de la température de travail à chaud est plus élevée, la température de recristallisation de l'alliage est inférieure et la limite inférieure de la température de travail à chaud est inférieure. Par conséquent, la plage de travail à chaud des alliages déformés à haute température - est plus large que celle des alliages coulés à haute température -. Selon les différents éléments de la matrice, les alliages déformés à haute -température peuvent être divisés en alliages déformés à haute température -à base de fer-, en alliages déformés à haute température-à base de nickel-et en alliages déformés à haute température-à base de cobalt-à base de cobalt.
(2) Coulée d'alliages à haute-température
La coulée d'alliages à haute-température est un processus qui consiste à couler directement ou à se solidifier de manière directionnelle en pièces après la refusion des lingots d'alliage. Leur développement a commencé dans les années 1940. La coulée d'alliages à haute-température ne prend plus en compte les performances de déformation du forgeage. Des méthodes de coulée de précision ou des processus de solidification directionnelle peuvent être utilisés pour couler des pales creuses -à parois minces avec des formes complexes et des cavités intérieures dégagées. Par conséquent, la quantité totale d’éléments dans les superalliages coulés est nettement plus élevée que dans les superalliages déformés. Les éléments de renforcement de la solution solide comprennent Re et Ru, tandis que la teneur en métal réfractaire W est augmentée (dans certains alliages, elle dépasse 10 %). Les éléments d'alliage renforçant les précipitations, en plus de Al et Ti, comprennent également Nb, Ta, Hf et V.
Les superalliages coulés peuvent être classés par méthode de solidification en trois catégories : les superalliages coulés équiaxes, les superalliages colonnaires solidifiés de manière directionnelle et les superalliages monocristallins. Les superalliages monocristallins-, un nouveau type de superalliage, sont formés en éliminant toutes les limites de grains par solidification directionnelle. Les métaux sont composés de cristaux individuels, d'où le nom de superalliage monocristallin -. Les limites des grains sont des zones à l’intérieur du métal où s’accumulent diverses distorsions, défauts et impuretés. Bien qu’ils soient plus résistants à température ambiante qu’à l’intérieur du cristal, ils sont susceptibles de glisser à haute température. Lorsque la résistance des joints de grains diminue à des températures élevées, la résistance du métal diminue. Par conséquent, l'élimination des joints de grains grâce à la solidification directionnelle donne des superalliages monocristaux -avec d'excellentes performances. Actuellement, presque tous les moteurs avancés utilisent des aubes de turbine ou des aubes directrices en alliage monocristallin.
(3) Alliages en poudre à haute-température
À mesure que la température de travail des alliages résistants à la chaleur-devient de plus en plus élevée, le nombre d'éléments de renforcement dans les alliages augmente et la composition devient plus complexe, ce qui donne lieu à certains alliages qui ne peuvent être utilisés qu'à l'état coulé et ne peuvent pas être déformés par travail à chaud. De plus, l'augmentation des éléments d'alliage provoque une ségrégation importante des composants dans les alliages à base de nickel-après solidification, ce qui entraîne une structure et des performances inégales. L'utilisation de la technologie de la métallurgie des poudres pour produire des alliages à haute température-peut résoudre les problèmes ci-dessus. Étant donné que les particules de poudre sont petites et que la vitesse de refroidissement pendant la fabrication de la poudre est rapide, la ségrégation est éliminée et les propriétés de travail à chaud sont améliorées. L'alliage qui ne peut être coulé que est transformé en un alliage à haute -température qui peut être travaillé à chaud-, et la limite d'élasticité et les propriétés de fatigue sont améliorées. Les alliages en poudre à haute température-ont créé une nouvelle façon de produire des alliages-à plus haute résistance. Les alliages en poudre à haute température-sont principalement utilisés pour fabriquer des disques de turbine pour des-poussées-pour-moteurs d'avion avancés, et sont également utilisés pour produire des composants chauds-à extrémité chaude-tels que des disques de compresseur, des arbres de turbine et des chicanes de turbine pour les moteurs d'avion avancés.
Domaines d'application des alliages haute température
1. Aérospatiale
(1) Chambre de combustion
La chambre de combustion est la zone où la température de fonctionnement est la plus élevée parmi tous les composants du moteur. Lorsque la température des gaz dans la chambre de combustion atteint 1 500 -2 000 degrés, la température de l'alliage des parois de la chambre peut atteindre 800 -900 degrés, et localement jusqu'à 1 100 degrés. Ces dernières années, la plupart des alliages à haute température utilisés dans la chambre de combustion sont des alliages renforcés par une solution solide. Les alliages contiennent une grande quantité d’éléments renforçant les solutions solides tels que W, Mo et Nb. Ils ont une résistance à haute température et de bonnes propriétés de formage et de soudage. Les qualités représentatives incluent GH1140, GH3030, GH3039, GH3333, GH3018, GH3022, GH3044, GH3128 et GH3170.
(2) Aubes directrices
Les aubes directrices sont des composants qui ajustent la direction d’écoulement des gaz sortant de la chambre de combustion. On les appelle également aubes directrices. Ils font partie des pièces de la turbomachine les plus soumises aux chocs thermiques. En particulier lorsque la combustion dans la chambre de combustion est inégale ou que le fonctionnement est mauvais, les aubes directrices sont soumises à une charge thermique plus importante. La température de fonctionnement des aubes directrices des turbomoteurs avancés peut atteindre 1 100 degrés. La température de fonctionnement des alliages d'aubes directrices domestiques peut atteindre 1 000 ~ 1 050 degrés. Les alliages représentatifs de coulée de précision en alliage à haute température incluent K214, K233, K406, K417, K403, K409, K408, K423B, etc.
(3) Aubes de turbine
Les aubes de turbine sont les composants soumis aux conditions de travail les plus sévères dans les moteurs d’avion. La température de l'environnement de travail est élevée. Les qualités typiques de matériaux d'alliage à haute température-incluent GH4033, GH4037, GH4143, GH4049, GH4151, GH4118, GH4220, etc., qui peuvent être utilisées dans un environnement de 750-950 degrés. Lors du développement de nouveaux moteurs et de la modification d’anciens modèles, des alliages coulés à haute température sont utilisés pour fabriquer des aubes de turbine. Les qualités typiques d'alliages moulés incluent K403, K417, K417G, K418, K403, K405, K4002, etc.
