Materiały, które mogą zachować drobnoziarnistą-strukturę w wysokich temperaturach, obejmują głównie stal mikrostopową zawierającą Ti, Nb i V; stal metalurgii proszków; stopy żaroodporne-(takie jak Inconel 718); i kompozyty z osnową ceramiczną. Materiały te skutecznie zapobiegają gruboziarnistości ziaren w wysokich temperaturach dzięki właściwościom wytrąconych faz unieruchamiających granice ziaren lub własnemu brakowi struktury ziaren.
1. Stal mikrostopowa (wybór głównego nurtu)
Ti-zawierający stal (np. H13+Ti): Ti tworzy wysoce stabilny TiC, który jest prawie nierozpuszczalny w temperaturze poniżej 1200 stopni, przez długi czas unieruchamiając granice ziaren i wykazując największą odporność na wzrost ziaren;
Nb-zawierający stal (np. H13+Nb): NbC dynamicznie wytrąca się podczas rekrystalizacji, zapobiegając pochłanianiu ziaren i czyniąc go odpowiednim do stosowania w warunkach wahań temperatury;
V-zawierający stal (np. H13+V): VC występuje stabilnie w zakresie 600–900 stopni, zapewniając umiarkowaną siłę unieruchamiającą przy niższym koszcie.
Mechanizm: Efekt przypinania Zenera – drobne, rozproszone cząstki drugiej-fazy fizycznie utrudniają migrację granic ziaren.
2. Z natury drobnoziarnista-stal
Al-Zabity H13: AlN powstaje w wyniku odtleniania Al, unieruchamiając granice ziaren we wczesnych stadiach ogrzewania, aby zapobiec nadmiernemu wzrostowi ziaren austenitu;
Drobno-ziarnisty 4Cr5MoSiV1: Szybkość odtleniania i chłodzenia jest kontrolowana podczas procesu wytapiania, aby zapewnić drobną i jednolitą pierwotną mikrostrukturę (wielkość ziarna 5–8).
Cechy: Wysoka-opłacalność, odpowiednia do produkcji nowych form, bez konieczności dodawania drogich stopów.
3. Stal do metalurgii proszków (-zastosowania zaawansowane)
PM-H13: wykorzystuje technologię metalurgii proszków, uzyskując pierwotną wielkość ziaren 8–10, z wyjątkowo równomiernym rozkładem węglików, wykazując znacznie lepszą odporność na gruboziarniste-temperatury w porównaniu z tradycyjnymi stalami;
ASP-23: Stal- szybkotnąca, zawierająca duże ilości V i Mo, o ultradrobnej mikrostrukturze i dużej ilości rozproszonych węglików, wykazująca doskonałą odporność na wysokie temperatury.
Zalety: Dobra izotropia, trwałość zmęczeniowa jest o ponad 30% wyższa niż w przypadku tradycyjnej stali, odpowiednia do precyzyjnych form w medycynie, optyce i innych dziedzinach.
4. Stopy-żaroodporne (zastosowania-w bardzo wysokich temperaturach)
|
Tworzywo |
Maksymalna temperatura pracy |
Mechanizm zatrzymywania drobnego ziarna |
|
Inconel 718 |
1100 stopni |
wzmocnienie dyspersji fazowej (Ni₃Al), hamuje migrację granic ziaren |
|
Haynesa 230 |
1150 stopni |
Wzmocnienie roztworem stałym + wytrącanie węglików, doskonała odporność na pełzanie |
|
Stellit 6 |
1000 stopni |
Wsparcie sieci węglikowej, silna stabilność mikrostruktury |
Uwaga: Wysoki koszt, trudny w obróbce, zwykle używany do częściowej wymiany kluczowych komponentów.
5. Kompozyty z osnową ceramiczną (kierunek graniczny)
SiC/SiC, Al₂O₃/ZrO₂: Kompozyty te nie mają metalicznej struktury ziaren, wytrzymują temperatury powyżej 1400 stopni i prawie nie wykazują odkształceń termicznych.
Zastosowania: Stosowane jako części-odporne na zużycie, takie jak tuleje dysz i dzielniki przepływu, w połączeniu z osnową metalową.
Trend: ekspansja z branży lotniczej do-zaawansowanej produkcji form, co stanowi przyszły kierunek rozwoju.
