طراحان نیاز فراوانی به مواد مستحکم تر و مقاوم تر در برابر شرایط کاری مخرب از قبیل دماهای بالا دارند. فولادهای زنگ نزن نقطه شروعی برای برآورده کردن احتیاجات طراحان بود. بدلیل براورده نشدن نیازهای مهندسین طراحی تحقیقات محققان منجر به تولید دسته جدیدی از آلیاژها بنام سوپر آلیاژها گردید. با شروع جنگ جهانی توربین های گازی و نیازمندی به آلیاژهای مستحکم در دماهای بالا زمینه برای رشد بیش از پیش این مواد را فراهم ساخت. پس از گذشت سالها از ورود سوپر آلیاژها به چرخه تولید قطعات پر تنش موتور هواپیما و توربین های گازی هنوز این دسته از آلیاژها به عنوان موادی بی نظیر مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه سوپر آلیاژها بدلیل استحکام، داکتیلیتی، استحکام خزشی در دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون در دمای بالا و … در صنایع مختلف نفت و پتروشیمی، مهندسی پزشکی، صنایع فضایی و … به کار برده می شود. به جهت کارکرد در دماي بالا، سوپرآلياژها با تنشهاي مكانيكي بالايی مواجه بوده و نيازمند پايداری سطحي زيادي هستند. بر مبناي عنصر غالب در ترکيب شيميايي، سوپرآلياژها به سه گروه عمده پایه آهن، پایه نیکل و پایه کبالت دسته بندی می شوند.
دسته بندی سوپرآلیاژها
سوپرآلياژها را مي توان بر مبناي فرايند تولید به دو گروه ريختگي و کارپذير دسته بندي کرد. سوپرآلياژهاي ريختگي ابتدا به صورت شمش و عمدتاٌ طي فرآيند ذوب القايي تحت خلا (VIM) تولید می شوند. سپس در کوره هاي مخصوص، شمش اوليه ذوب مجدد شده و بصورت قطعه ريخته گيري ميشوند.
برای توليد سوپرآلياژهاي کارپذير، شمش ريختگي ابتدا طي فرآيندهاي ESR و VAR مجددا ذوب شده و بصورت شمش نهايي تبديل ميشود. با استفاده از عمليات ترمومكانيكي نظير فورجينگ و يا کشش گرم و سرد، محصول نيمه تمام و يا محصول نهايي ساخته ميشود. در جداول زیر تعدادي از سوپرآلياژهاي ريختگي و کارپذير به همراه ترکيب شيميايي آن ها آورده شده است.
کاربرد سوپرآلياژها
کاربرد عمده سوپرآلياژها در صنايع فناورانه ميباشد و به همين دليل معموال سوپرآلياژها را جزء مواد با کارايي بالا در نظر ميگيرند. کاربرد اين مواد در صنايع بسيار استراتژيک از جمله دفاعي، نيروگاهي و هوايي ميباشد.
در سال هاي گذشته ميزان مصرف سوپرآلياژ در صنايع مختلف به صورت روزافزون افزايش يافته است. در شكل زیر ميزان توليد مواد با کارايي بالا اعم از سوپرآلياژها، مقاوم به سايش، مقاوم به خوردگي و… را نشان مي دهد.
امرروزه بيشترين استفاده از سوپرآلياژها در صنايع توربين گاز صنعتي و هوايي، صنايع نفت، گاز و پتروشريمي و صنايع دريايي ميباشد. در شكل زیر ميزان مصرف سوپرآلياژها در صنايع مختلف را در سال 2012 مشاهده ميکنيد.
