Tarih öncesi çağlar bakır, tunç ve demir devri olarak dönemin metallerine göre isimlendirilmişti. Günümüze böyle bir isim vermek gerekirse sanırım “süper alaşım devri” en doğrusu olur.
Ana bileşeni nikel, kobalt veya demir olan, yüksek oranda krom, düşük miktarlarda wolfram (tungsten), molibden, alüminyum ve titanyum içeren bileşiklere süper alaşım denir.
Bu alaşımların tarihçesi 1900 başlarına gitse de süper alaşım tabiri ilk kez ikinci Dünya savaşının hemen sonrasında turbo süper şarj motorlarda kullanılan yüksek performanslı malzemeleri tanımlamak için kullanıldı. 1910-1915 arasında östenitik paslanmaz çeliğin icadını takiben 1930’lu yıllara kadar metalurjistler birçok yeni alaşım denemesi yaptı ve havacılık motorları için aranan bu malzemeleri buldu. Günümüzde gelişmeleri halen devam ediyor.
31 Mayıs 2020’de Uluslararası Uzay İstasyonuna (ISS) ilk kez astronot götüren SpaceX firması bu yeniden kullanılabilir roket motoru projesini temelde bu tip yeni malzeme teknolojilerine borçlu. Firmanın sahibi Elon Musk 2018 yılında bununla ilgili bir tweet bile atmıştı.
Süper alaşım veya bir diğer ismi ile yüksek performans alaşımlarının en belirgin özelliği yüksek sıcaklıklarda ki iyi mekanik özellikleridir. Yüksek sıcaklıkta sürünmeleri, oksidasyon, korozyon ve aşınma dirençleri diğer metallere göre çok iyidir. Bu alaşımların yüksek sıcaklık oksidasyon ve korozyon dirençlerine en yakın malzeme grubu östenitik paslanmazdır ancak onların da mekanik özellikleri beklentileri karşılayamaz.
Kristal düzenleri çoğunlukla yüzey merkezli kübik, östenittir. Tek kristal olarak ta üretilebilirler. Piyasada çeliklerin standart numaraları ile anılmalarının aksine bu alaşımlar ticari isimleri ile ön plana çıkarlar. Örneğin nikel esaslı bir süper alaşım olan 2.4816’i hemen herkes ticari ismi olan Inconel 600 ® olarak bilir.
Bu malzemeleri kim nerede kullanır?
· Havacılık motorlarının sıcak bölümlerinde
· Nükleer reaktörlerde
· Denizaltı ve gemilerde
· Yüksek sıcaklık fırınlarında
Nikel, kobalt ve demir esaslı olmak üzere 3 sınıfa ayrılırlar,
1. Nikel esaslı süper alaşımlar
%50- 70 oranında nikel ve alaşım elementi olarak karbon, krom, molibden, niobyum, demir, titanyum, alüminyum, vanadyum ve tantal içerebilirler. Roket motorları, gaz türbinleri, uçak motorları ve nükleer reaktörlerde 950–1200 °C gibi sıcaklıklarda uzun süre çalışabilirler.
Aşinalık olması adına bir kaç ticari ismi ve standart numarasını burada paylaşacağım.
Inconel 718 ® (UNS N07718 / 2.4668)
Monel 400 ® (UNS N04400 / 2.4360)
Nimonic 901® (UNS N09901 / 2.4662)
2. Kobalt esaslı süper alaşımlar
%50-60 kobalt, %20-30 krom, %5-10 Tungsten (Wolfram) ve %0.1-1 karbon içerirler.
Nikel esaslı süper alaşımlara benzer kullanım sıcaklıkları ve alanları vardır. Bazı özel alaşımlarında termal yorulma dayanımı nikel ve demir esaslılara göre iyidir.
Örnek, UDIMET® R41 (UNS N07041)
3. Demir esaslı süper alaşımlar
%15-60 arası demir, %25-45 nikel (Ni), yüksek sıcaklık altında oksidasyon dayanımını arttırmak amacıyla da %15-28 arası krom içerirler. Molibden, kobalt, bor ve zirkonyum ile karbonda alaşım elemanları arasındadır.
Azami çalışma sıcaklıkları 650 °C’dir. Nikel ve kobalt oranının az olması nedeni ile belirgin olarak ucuz oldukları için düşük sıcaklık uygulamalarında kullanımları yaygındır.
Örnek, NILO® 42 (UNS K94100 / 1.3917)
Tüm süper alaşımlar talep edilen yüksek sıcaklık mekanik özelliklerini karşılayabilmek için ısıl işlem görmelidirler.
3. Tavlama
Comments