Superaleazio

Nikel baseko superaleazioarekin eginiko gas-turbina baten besoa.

Superaleazioa edo errendimendu altuko aleazioa da 540 °C-etik gora erabiltzeko ahalmena duen material taldea. Orokorrean burdin (Fe), nikel (Ni) edo kobalto (Co) edukiak dituzte haien konposizioan. Aleazio horiek erresistentzia mekaniko eta isurpen erresistentzia oso onak dituzte, tenperatura altuekiko erresistentzia, egonkortasuna, eta erresistentzia handia korrosio eta oxidazioarekiko.

Aurpegian zentratutako kristal-egitura asutenitiko kubikoa (FCC) dute. Superaleazio adibide batzuk honako hauek dira: Hastelloy, Inconel, Waspaloy, Rene, Incoloy, MP98T, TMS aleazioak edo CMSX aleazio monokristalinoak.

Superaleazio materialek posible egin dute tenperatura oso altuko ingeniaritzako teknologiaren zati handi bat.

Garapen historikoa

Superaleazioak, 1940ko hamarkadaren aurretik, burdin basekoak ziren, eta hotzean forjatuak. 1940ko hamarkadan funtzionamendu tenperatura igo zen, kobaltoan oinarritutako superaleazioen bidez. Hutsezko galdaketaren garapenak superaleazioen konposizio kimikoaren kontrol finagoa ahalbidetu zuen, 1950eko hamarkadan.

Beroarekiko erresistentea zen lehenengo altzairua Alemanian garatu zuen Krupp enpresak 1936-1938 bitartean. Tinidur izeneko altzairu hau aleazio austenitiko handikoa zen. Gas-turbinako besoetan erabiltzen da, 600 edo 700 °C inguruko tenperaturetan lan egiteko.

1942an Erresuma Batuan Nimonic-80 superaleazioa sortu zen, bere basea nicroma da (% 80 Ni - % 20 Cr), beroarekiko erresistentzia handia ematen diona. Aleazio honen funtsezko elementuak dira titanioa (% 2,5) eta aluminioa (% 1,2).

Sobietar Batasunean ere Nimonic-80aren antzeko aleazioak garatu ziren: ЭИ437, ЭИ437А (ХН77ТЮ) y ЭИ437Б (ХН77ТЮР).

1940ko hamarkadaren bukaeran, burdina base moduan erabiltzeari utzi zioten, nikel eta kobalto baseko aleazioei lehentasuna emanez, horien bidez sendoago eta egonkorragoa den matrize kristalinoa lortzen baita.

Aldi berean, molibdenoaren eransketaren bidez superaleazioak gogortzeko aukera zegoela ohartu ziren. Ondoren beste elementu batzuk gehitu dira helburu berdinarekin, wolframa, niobioa, tantaloa, renioa edo hafnioa, esaterako.

Superaleazio erabilenak

Nikelean oinarritutako aleazioak

Hegazkinen motoreetan, labeetan, nitrurazio tratamenduetarako ontzietan, eta termopareen babes hodietan erabiltzen dira.

Nikelean oinarritutako aleazioek orokorrean konposizio kimiko konplexua dute, elementu desberdin askorekin. Normalean konposizioan % 10-12 kromo, % 8 aluminio eta titanio, % 5-10 kobalto dute, eta boro, zirkonio eta karbono kantitate txikiak.

Kobaltoan oinarritutako aleazioak

XX. mendearen hasieran Ewood Haynesek Co-Cr eta Co-Cr-W aleazioak patentatu zituen, estelite deiturikoak.

Kobalto baseko superaleazioak industria aeroespazialean, gas-turbinen ekoizpenean, petrolioaren fintzearen zenbait fasetan eta diamanteak lantzeko erremintetan erabiltzen dira.

1950-1970 bitartean, Nikelean oinarritutako superaleazio berrien garapenarekin, base moduan kobaltoa erabiltzen zuten aleazioen erabilpena murriztu zen.

Niobio baseko aleazioak

Garatu berri diren superaleazioak dira. Petrolio hodiak egiteko altzairuetan eta zentral nuklearretan erabiltzen dira, baita lebitatzen duten trenen fabrikazioan ere.

Titanio baseko aleazioak

Pisua jaitsi nahi denean eta tenperatura altuko egonkortasuna bermatu, aleazio mota hau erabiltzen da, gehienbat aeronautikan eta ontzi espazialetan. Horrez gain, industria kimikoan eta elikagaien industrian ere erabiltzen da, azidoekiko erresistentzia erakusten duelako. Itsasontzi eta itsaspekoen ekoizpenean ere erabiltzen da, korrosioarekiko erresistentea delako.

Aluminio baseko aleazioak

Aluminio-litio aleazioa aplikazio aeroespazialetan erabiltzen da, bere dentsitate baxua dela eta. Aluminio-burdina-molibdeno-zirkonio aleazioak tenperatura oso altuen aurrean ondo lan egiten duenez titanioan oinarritutako aleazioen ordez berau erabiltzen da.

Base erregogorreko aleazioak

Nikelean oinarritutako superaleazioen antzeko egitura dute, fusio-puntu altuagoarekin. Aleazio hauetan, oinarri moduan erabiltzen den metala iridioa izan ohi da, urtze-puntua 2443 °C-etan duena.

Beroarekiko erresistentzia

Nikel baseko superaleazioak 760-980 °C bitarteko tenperaturan erabili ohi dira. Galdaketa prozesu baten bitartez egindakoek tenperatura altuagoetan erresistentzia handiagoa dute epe luzera.

Kobaltoan oinarritutako aleazioen fusio-puntua, aldiz, altuagoa da eta, horrek, epe luzerako erresistentziaren errendimendua handitzea eragiten du. Beroarekiko erresistentziari dagokionez, superaleazio horiek tenperatura altuagoetan lan egin dezakete nikel edo burdin baseko aleazioekin konparatuz.

Superaleazioen ekoizpen teknologiak

Urteetan zehar superaleazioen prozesaketan eman diren garapenek erabilpen funtzionamenduaren tenperatura igotzea eragin dute.

Galdaketa eta forja

Prozesaketa metalurgikoaren teknika tradizionalak dira, horien bidez produktu polikristalino eta monokristalinoak sortzen dira. Molde polikristalinoek hausturarekiko erresistentzia izateko joera dute, eta molde monokristalinoek, berriz, isurpenarekiko erresistentzia dute.

Zenbait aplikaziotan osagai monokristalino zein polikristalinoak erabiltzen dira eta, horrela, bien sendotasunak ezarri.

Alderantzikatze galdaketa

Alderantzikatze galdaketa prozesaketa metalurgikoaren teknika bat da, zeinean argizariko forma bat txantiloi moduan erabiltzen den zeramikako molde baterako. Teknika honen bidez pruduktu polikristalinoa lortzen da.

Solidotze bideratua

Solidotze bideratuak gradiente termiko bat erabiltzen du ale metalikoen nukleazioa lortzeko tenperatura baxuko azalera batean. Honen bidez ale luzangak lortzen dira tenperatura gradientean zehar, eta isurpenarekiko erresistentzia handiagoa alearen norabidearekiko paraleloan.

Hauts metalurgia

Hauts metalurgian lehenik metalak hauts bihurtzen dira, eta gero lortu nahi den itxuran formatzen dira fusio-puntuaren azpitik berotuz. Superaleazioen ekoizpenean askotan baliatzen den teknika da materiala efizienteki erabiltzen delako eta aleazio mekanikoa errazten duelako.

Ikerkuntza eta superaleazio berrien garapena

Estatu Batuetan Sandia National Laboratories deituriko ikerkuntza zentroak superaleazioak egiteko metodo berri batekin saiakuntzak egiten ari dira. Metodo honi erradiolisi deritzo, eta partikula nanometrikoen sintesian oinarritzen da.

Superaleazioen garapenean espero diren hurrengo hobekuntzak dira aleazioaren erresistentzia mantenduz pisu murrizketa eta oxidazio zein korrosio erresistentzia handitzea. Gainera, energia sorkuntza arloan turbinen besoen eskaeraren handipenarekin, superaleazioen garapena haien kostua murriztera bideratuta dago.

Ikus, gainera

• Aleazio
• Materialen zientzia

Kanpo estekak

• Superalloys Cambridge University. Extensive bibliography and links.

• Datuak: Q637345