ابرآلیاژ چیست؟ کاربرد و انواعشان
همان‌طور که از نام آن مشخص است ابرآلیاژها در مقایسه با سایر آلیاژهای معمولی خواص بسیار بی‌نظیری دارند. آلیاژها حاوی دو یا چند فلز تشکیل‌دهنده در داخل خود هستند. در واقع سوپر آلیاژ در مقایسه با سایر آلیاژهای معمولی از خصوصیات متمایز در دمای اتاق برخوردار نیست. ویژگی سوپرآلیاژها در دماهای بالا برجسته می‌شود. در دمای عملیاتی بالاتر، ابرآلیاژها خصوصیات مکانیکی بسیار خوبی مانند استحکام و مقاومت در برابر تخریب سطح، اکسیداسیون و خوردگی را نشان می‌دهند.
ابرآلیاژ چیست
این آلیاژها برای کارایی بالا، استحکام مکانیکی استثنایی، مقاومت در برابر خزش در دماهای بالا، مقاومت در مقابل خوردگی و اکسیداسیون و پایداری سطح قابل اعتماد هستند. سوپر آلیاژها به طور گسترده در صنعت نفت و گاز، فراوری شیمیایی و پتروشیمی، نیروگاه‌ها و بسیاری از کاربردهای محیط سخت دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
این سوپر آلیاژها حتی در حدود 1100درجه سانتیگراد، خصوصیات مکانیکی بسیار خوبی را نشان می‌دهند. اما تناژ تولیدی سوپر آلیاژها به اندازه آلیاژهای معمولی نیست. در واقع، نرخ تولید آنها در مقایسه با سایر آلیاژهای معمولی می‌تواند ناچیز باشد. به همین دلیل، ابرآلیاژها بسیار گران‌بها هستند.
انواع ابرآلیاژ
سوپر آلیاژها می‌توانند مطابق ترکیبات اصلی خود به سه دسته طبقه بندی شوند:
سوپر آلیاژ مبتنی بر آهن: تشکیل‌دهنده اصلی این ابرآلیاژها آهن است. آهن به طور کلی به نسبت 50 درصد در این سوپر آلیاژها وجود دارد.
سوپر آلیاژ مبتنی بر نیکل: این مشهورترین نوع ابرآلیاژ است. عنصر تشکیل‌دهنده اصلی در دسته این سوپر آلیاژ نیکل است. سوپر آلیاژ مبتنی بر نیکل بهترین خواص مکانیکی در درجه حرارت بالا را در سایر انواع سوپر آلیاژها دارد. آلومینیوم، تیتانیوم، مولیبدن، نیوبیوم (NB) و آهن می‌تواند به عنوان مقادیر بسیار کمی اضافه شود. شناخته شده‌ترین محصولات این گروه از سوپر آلیاژها شامل اینکونل، هستلوی و Rene41 هستند.
سوپر آلیاژ مبتنی بر کبالت: کبالت و کروم عناصر اصلی تشکیل‌دهنده این دسته هستند. کبالت ماده اصلی این گروه است که حدود 40 ٪ در همه آنها وجود دارد. به همین دلیل، این گروه به عنوان سوپر آلیاژ مبتنی بر کبالت خوانده می‌شود.
انواع سوپر آلیاژ بر اساس کاربرد
در زیر 5 مورد از معروف‌ترین ابرآلیاژها آورده شده است:
سوپر آلیاژ مونل 400
آلیاژ 400، به عنوان مونل نیز شناخته می‌شود. مجموعه‌ای از آلیاژها که بیشتر از عناصر مس، آهن، نیکل و سایر عناصر کمیاب ساخته شده است. سوپر آلیاژ مونل 400 حاوی همان نسبت نیکل و مس است که به طور طبیعی در سنگ معدن نیکل از معادن خاص یافت می‌شود.
ترکیب آلیاژ نیکل و مس آن باعث می‌شود در برابر آب دریا، بخار در دماهای بالا و در برابر نمک و محلول‌های سوزآور، بسیار مقاوم باشد. این آلیاژ نه تنها داری مقاومت عالی در برابر خوردگی در طیف گسترده‌ای از شرایط است، بلکه قابلیت جوشکاری خوب و استحکام متوسط تا بالا را نیز فراهم می‌کند.
مونل در طیف گسترده‌ای از شرایط محیطی شدید استفاده می‌شود، کاربردهای آن عبارتند از:
- تجهیزات پردازش شیمیایی و هیدروکربن
- برج‌های تقطیر روغن خام
- بست
- اتصالات
- مخازن آب شیرین
- مخازن بنزین
- مبدل‌های حرارتی
- مهندسی دریا
- پمپ
- تجهیزات حمل و نقل دریا
- شفت
- لوله، اتصالات لوله و دریچه‌ها
آلیاژ 6mo
این آلیاژ (UNS S31254) یک فولاد ضدزنگ فوق‌العاده آستنیتی است که از مقادیر زیادی مولیبدن و نیتروژن تشکیل شده است. همچنین مقاومت شدیدی در برابر خوردگی و خوردگی شیاری را ایجاد می‌کند و در مقایسه با فولادهای ضدزنگ معمولی، مقاومت بسیار بالایی دارد.
این ماده، مقاومت برتر در برابر خوردگی در محیط‌های کلرید را ارائه می‌دهد. مانند آب‌نمک، آب دریا و سایر جریان‌های فرآیند کلرید بالا. آلیاژ 6mo نه تنها مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد، بلکه در برابر ترک‌خوردگی در محیط‌های سخت نیز مقاوم است. این آلیاژ برای نفت و گاز دریایی، فرآوری شیمیایی، ابزار دقیق و کشتی‌سازی ایده‌آل است.
از کاربردهای آلیاژ 6mo می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
- ستون‌ها
- تجهیزات پردازش شیمیایی
- تبلور دهنده‌ها
- اتصالات
- تجهیزات پردازش مواد غذایی
- اجزای شستشوی دفع‌کننده گاز دودکش
- تجهیزات تولید نفت و گاز
- مبدل‌های حرارتی
- سیستم‌های سفیدکننده آسیاب پالپ
- کشتی‌ها
- تجهیزات حمل و نقل آب دریا
- لوله کشی
- مخازن فشار
- پمپ‌ها
- کندانسورهای خنک شده با آب دریا
- لوله‌کشی آب در امکانات انرژی هسته‌ای
سوپرآلیاژ اینکولوی
اینکولوی (Incoloy)، آلیاژ 825 (UNS N08825) یک آلیاژ نیکل - آهن - کروم آستنیتی بوده که حاوی مس، مولیبدن و تیتانیوم است. اینکولوی در برابر خوردگی مقاومت فوق‌العاده‌ای از خود نشان می‌دهد. شرایط خورنده در اثر کاهش فعال گازها مانند هیدروژن، مونوکسید کربن و سولفید هیدروژن ایجاد می‌شود که با هرگونه وجود اکسیژن اکسید می‌شوند.
آلیاژ 825 بسیار متنوع است و خصوصیات مکانیکی بسیار خوبی را از دمای اتاق تا دمای بالا فراهم می‌کند. کاربردهای اولیه برای سوپرآلیاژ اینکولوی شامل موارد زیر است:
- تولید اسید
- پردازش شیمیایی
- پردازش سوخت هسته ای
- بازیابی نفت و گاز
- کنترل آلودگی
سوپرآلیاژ اینکونل
اینکونل (Inconel) در همان خانواده اینکولوی قرار دارد و یک سوپرآلیاژ مبتنی بر نیکل و کروم است. مزیت اصلی اینکونل این است که امکان مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون آلیاژها را فراهم می‌کند که برای خدمات در محیط‌های بسیار سخت که در معرض فشار و گرما شدید قرار دارند مناسب است.
هنگامی که در معرض درجه حرارت بالا قرار می‌گیرند، لایه‌ای ضخیم، پایدار و اکسید را تشکیل می‌دهند که سطح را از حمله بیشتر محافظت می‌کند. اینکونل مقاومت استثنایی در برابر خوردگی قابل توجه و توانایی مقاومت در برابر دمای بالا را ارائه می‌دهد.
اینکونل غالباً در انواع مختلفی از محیط‌های شدید مانند کاربردهای دریایی به دلیل مقاومت فوق‌العاده در برابر کلرید سدیم (نمک) در طیف گسترده‌ای از دما استفاده می‌شود. همچنین در ساخت موتورهای جت و توربین‌هایی که منحصر به فرد هستند کاربرد دارد. این موتورها باید در برابر نوسانات فوق‌العاده دما، فشارها و تغییرات شدید در شرایط ارتفاع و آب و هوا مقاومت کنند.
برای ساخت بسیاری از مؤلفه‌های دریایی به علت مقاومت زیاد در برابر خوردگی از این آلیاژ استفاده می‌شود مانند:
- اتصالات
- پیچ، واشر و مهروموم
- لوله
- دریچه
سوپرآلیاژ هستلوی
هستلوی یک آلیاژ نیکل-مولیبدن بوده و این سوپرآلیاژ دارای درجه‌بندی است. هر درجه برای یک هدف خاص بهینه شده است که هر کدام مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند. توجه به این نکته حائز اهمیت است که هستلوی و اینکولوی بسیار مشابه هستند و هر دو سوپرآلیاژ در نظر گرفته می‌شوند، اما تفاوت‌های مهمی وجود دارد.
هستلوی مقاومت استثنایی در برابر اکسیداسیون و کاهش زیاد عوامل دارد که باعث می‌شود برای محیط‌های خورنده متوسط و شدید بسیار عالی باشد. لوله‌ها و دریچه‌ها در صنایع پتروشیمی و شیمیایی اغلب از هستلوی ساخته می‌شوند. علاوه بر این، برای ساخت عروق فشار، مبدل‌های حرارتی، استفاده در راکتورهای شیمیایی و راکتورهای هسته‌ای ایده‌آل است.
