Mar - M200 alliage haute température de fonderie

MAR-M200 铸造高温合金‍

I. Aperçu des matériaux

Mar - M200 est un alliage à haute température à base de nickel, développé depuis le milieu du XXe siècle, qui est devenu un matériau clé dans des domaines tels que l'aérospatiale, les turbines à gaz industrielles et les équipements chimiques en raison de sa résistance à haute température, de sa résistance à l'oxydation et de sa résistance à la corrosion. L'alliage conserve une excellente stabilité mécanique et une excellente durabilité organisationnelle dans des environnements à haute température (au - dessus de 600 ° c), en particulier pour les pièces de conditions de fonctionnement telles que les aubes de turbine, les Chambres de combustion et autres moteurs aéronautiques. Avec une densité de 8,43 G / cm³, il combine des caractéristiques de légèreté et de haute résistance, une plage de point de fusion de 1370 - 1430 ° C, une conductivité thermique de 24,3 W / M · C à température ambiante et une résistivité de 0,34 Ω · mm² / M, des propriétés combinées supérieures à celles des aciers inoxydables traditionnels et des alliages similaires à base de nickel.

Composition chimique et Microstructure

Le Mar - M200 utilise le nickel (ni) comme matrice avec la plus grande proportion de marge pour une optimisation des performances par alliage multiple:

élément principal de renforcement: Chrome (CR, 9,0% - 10,0%) augmente la résistance à l'oxydation; Le molybdène (Mo, 11,5% - 13,5%) et le tungstène (W, 12,5%) renforcent la résistance à haute température par le renforcement de la solution solide; Le cobalt (Co, 9% - 11%) optimise la stabilité thermique.

Oligo - éléments ajoutés: niobium (NB, 0,75% - 1,25%) et titane (TI) favorisent le dégagement de la phase Gamma '(ni₃ Al / TI), ce qui permet de renforcer la précipitation; Le zirconium (Zr, 0,03% - 0,08%) et le bore (B, 0,01% - 0,02%) affinent les joints de grain et inhibent la propagation des fissures.

Sa Microstructure est renforcée par la phase γ 'comme noyau, avec une fraction volumique de plus de 60%, complétée par des particules de carbure uniformément réparties, qui améliorent conjointement la résistance au fluage et à la fatigue.

Iii. Propriétés mécaniques et physiques

Propriétés mécaniques à haute température

Indicateur de résistance: limite d'élasticité à température ambiante 945 MPa, résistance à la traction 324 MPa; Une rétention de résistance supérieure à 80% peut encore être maintenue à des températures élevées de 700°c.

Performances de ténacité: allongement de 65%, retrait de section de 50%, ténacité d'impact de 11 j, nettement supérieure à celle des alliages traditionnels à base de cobalt.

Résistance au fluage: vitesse de fluage à l'état stable inférieure à 1 × 10⁻⁸s⁻¹à 760 ° C / 248 MPa, adaptée aux environnements de service à haute température à long terme.

Caractéristiques physiques

Performance thermique: capacité thermique spécifique 113 J / kg · ℃, coefficient de dilatation thermique 14,5 × 10 ⁻⁶ / ℃ (20 - 1000 ° c), faible contrainte thermique caractéristique réduit le risque de fatigue thermique.

Résistance à la corrosion: dans un environnement de brouillard salin contenant du soufre, le taux d'oxydation est inférieur à 0,1 mm / an et la surface peut être recouverte de mcraly ou de revêtement de barrière thermique (TBC) pour améliorer encore la capacité de protection.

Iv. Traitement thermique et processus de traitement

MAR-M200 铸造高温合金‍Processus de traitement thermique

Traitement de solution: 1295 - 1562 ° C intervalle d'isolation thermique, dissoudre la phase Gamma 'primaire et les carbures, réaliser l'homogénéisation des tissus.

Traitement de vieillissement: contrôle de la température par étapes (par exemple 870 ° C / 4h + 760 ° C / 16h), favorise la dispersion de la phase Gamma 'secondaire, améliore la résistance et la résistance à la chaleur.

Excellente technologie de traitement

Moulage de précision: l'utilisation de la technologie de solidification dirigée pour préparer des lames monocristallines élimine les joints de grains latéraux, augmente la capacité de maintien de la température de 14 à 20 ° C et augmente la durée de vie de la fatigue thermique jusqu'à 5 fois.

Traitement de surface: les processus de cémentation, de nitruration ou de dépôt en phase vapeur (CVD) améliorent la dureté de surface (Hv ≥ 800) et les revêtements de barrière thermique (tels que YSZ) peuvent réduire la température de surface des feuilles de 100 à 300 ° c.

Moulage complexe: la coulée de moule à fusion peut produire des aubes creuses avec une épaisseur de paroi de 0,5 mm, combinées à la conception de canaux de refroidissement à membrane de gaz interne pour une gestion thermique efficace.

V. Domaines d'application

Aérospatiale

Moteurs aéronautiques: pour les aubes de turbine, les guides et les Chambres de combustion, résistant au balayage de gaz de 1000 à 1100 ° C et supportant des températures de turbine de quatrième génération allant de 1850 à 2000 K.

Composants de l'engin spatial: le tube du moteur de fusée et la structure de protection thermique du véhicule de rentrée, les modèles dérivés monocristallins tels que m200rk peuvent résister à une surchauffe à court terme jusqu'à 90% du point de fusion.

Énergie et industrie

Turbine à gaz: en tant que matériau à aubes mobiles de premier ordre, il est associé à l'alliage GTD - 111 pour améliorer l'efficacité de la production d'électricité et soutenir l'efficacité thermique de l'unité à cycle combiné jusqu'à 60%.

Équipement chimique: utilisé dans les réacteurs à haute température, les colonnes de distillation et les tuyaux résistants à la corrosion, résistant à l'attaque des acides forts et des milieux alcalins, la durée de vie est 3 à 5 fois supérieure à celle des matériaux traditionnels.

Équipement spécial

Domaine de l'énergie nucléaire: matériaux candidats potentiels pour les structures de réacteurs refroidis au gaz à haute température et les enveloppes de combustible nucléaire, capables de résister à la fragilisation par irradiation neutronique.