Hợp kim nhiệt độ cao là hợp kim có thể duy trì các tính chất cơ học và ổn định hóa học ở nhiệt độ lên tới 1300oC hoặc thậm chí cao hơn. Chúng được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ, tua bin khí, lò nhiệt độ cao, công nghiệp hạt nhân và thiết bị hóa học nhiệt độ cao. Với nhu cầu ngày càng tăng về hiệu suất nhiệt độ cao trong ngành công nghiệp hiện đại, hợp kim nhiệt độ cao có khả năng chịu được 1300oC đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực khoa học vật liệu.
Hợp kim nhiệt độ cao gốc niken là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong môi trường chịu được 1300oC, có độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống rão mạnh và chống oxy hóa tốt. Các lớp và đặc điểm chính bao gồm:
Rene 41: Độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống rão tuyệt vời; nhiệt độ hoạt động tối đa lên tới 1300oC; thường được sử dụng trong các bộ phận quan trọng như cánh động cơ máy bay và đĩa tuabin.
Inconel 718: Mặc dù nhiệt độ hoạt động phổ biến của nó là 650-700oC, thông qua các phương pháp xử lý tăng cường dung dịch rắn và tăng cường kết tủa, nó có thể được sử dụng trong các cánh tuabin khí, ốc vít và các bộ phận cấu trúc nhiệt độ cao trong điều kiện nhiệt độ cao.
Inconel 625 (N06625): Chống ăn mòn và chống oxy hóa tuyệt vời, thích hợp cho các thành phần lò nhiệt độ cao trong ngành công nghiệp hóa chất, thiết bị nhiệt độ cao hàng hải và các thành phần công nghiệp hạt nhân.
GH4133, GH99: Hợp kim gốc niken nhiệt độ cao được sử dụng phổ biến ở Trung Quốc, sử dụng được trong môi trường 1200-1300oC, thường dùng trong tua bin khí và ống lò nhiệt độ cao.
Siêu hợp kim gốc coban: Siêu hợp kim gốc coban được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nhiệt độ cao nhờ khả năng chống rão và ổn định nhiệt tuyệt vời, đặc biệt phù hợp với môi trường nhiệt độ khắc nghiệt.
Dòng Stellite: Khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn tuyệt vời, nhiệt độ hoạt động lên tới 1100-1300oC, thường được sử dụng trong các dụng cụ cắt nhiệt độ cao, lưỡi tuabin và van nhiệt độ cao.
Hợp kim Co-28Cr-6Mo: Duy trì tính chất cơ học tốt ở nhiệt độ cao, được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận nhiệt độ cao của động cơ máy bay và các bộ phận kết cấu chính của tua bin khí.
Siêu hợp kim gốc sắt: Các siêu hợp kim gốc sắt tương đối rẻ tiền và thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao nhưng không quá khắc nghiệt. Mặc dù khả năng chịu nhiệt độ của chúng thấp hơn một chút so với hợp kim gốc niken-coban nhưng chúng vẫn có tính cạnh tranh trong một số lĩnh vực công nghiệp nhất định:
HK40: Hợp kim gốc sắt nhiệt độ cao được sử dụng phổ biến ở Trung Quốc, có thể sử dụng dưới 1200oC, chủ yếu được sử dụng trong nồi hơi nhiệt độ cao và thiết bị trao đổi nhiệt.
GH3039: Hợp kim nhiệt độ cao gốc sắt có khả năng chống oxy hóa và chống rão tốt, thích hợp cho các ống lò nhiệt độ cao và các bộ phận kết cấu.
Các chỉ số hiệu suất chính của hợp kim nhiệt độ cao
Khi lựa chọn hợp kim nhiệt độ cao chịu được 1300oC, cần xem xét các chỉ số hiệu suất sau:
Khả năng chống rão: Duy trì hình dạng và độ bền dưới tải trọng nhiệt độ cao trong thời gian dài, đặc biệt quan trọng đối với các cánh tuabin và ống lò nhiệt độ cao.
Chống oxy hóa và ăn mòn: Ngăn chặn quá trình oxy hóa, ăn mòn hoặc nứt bề mặt trong quá trình hoạt động lâu dài trong môi trường oxy hóa hoặc ăn mòn.
Ổn định nhiệt: Duy trì sự ổn định cấu trúc ở nhiệt độ cao, tránh sự phát triển của hạt hoặc sự kết tủa của các pha giòn.
Hiệu suất gia công: Khả năng hàn, rèn và gia công tốt, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chế tạo các bộ phận kết cấu phức tạp.
Ứng dụng của hợp kim nhiệt độ cao 1300oC
Hợp kim nhiệt độ cao có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện đại:
Hàng không vũ trụ: Các bộ phận nhiệt độ cao quan trọng như cánh động cơ tua-bin, buồng đốt và vòi phun.
Tua bin khí: Đĩa tuabin, cánh dẫn hướng, vòng bi nhiệt độ cao và lớp lót buồng đốt.
Thiết bị nhiệt độ cao hóa học: Lò phản ứng nhiệt độ cao, đường ống, bộ trao đổi nhiệt và ống lò chống ăn mòn.
Công nghiệp hạt nhân: Các bộ phận của lò phản ứng hạt nhân nhiệt độ cao, bộ trao đổi nhiệt và đường ống đặc biệt.
