Η θερμική επεξεργασία είναι μια κεντρική διαδικασία για τα υπερκράματα, προσαρμοσμένη στην ενίσχυση των μηχανικών τους ιδιοτήτων-όπως η αντοχή, η αντοχή της ερπυσμού, η ανθεκτικότητα της κόπωσης και η μικροδομική σταθερότητα-ευστατικά υπό ακραίες συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής στρες. Οι συγκεκριμένες διαδικασίες ποικίλλουν ανάλογα με τη σύνθεση του κράματος (βάσει νικελίου, με βάση το κοβάλτιο ή με βάση το σίδηρο) και την προβλεπόμενη εφαρμογή του, αλλά οι βασικές τεχνικές περιλαμβάνουν:
Ανόπτηση λύσης
Αυτό το βήμα περιλαμβάνει τη θέρμανση του υπερώπου σε υψηλή θερμοκρασία (συνήθως 900-1250 βαθμού, ανάλογα με το κράμα) για να διαλύσει διαμεταλλικά ιζήματα (π.χ., ή καρβίδια) και να επιτύχει ένα ομοιόμορφο, ομοιογενές στερεό διάλυμα. Η ταχεία ψύξη (σβέση σε νερό, λάδι ή αναγκαστικό αέρα) ακολουθεί να "παγώσει" αυτή τη μικροδομή, εμποδίζοντας τη μεταρρύθμιση των χονδροειδών ιζημάτων. Η ανόπτηση λύσης βελτιώνει την ολκιμότητα και προετοιμάζει το κράμα για την επακόλουθη ενίσχυση μέσω της σκλήρυνσης των βροχοπτώσεων. Για παράδειγμα:
Το NICKEL INCONEL 718 έχει διαλύεται σε διάλυμα σε ~ 980 βαθμούς για να διαλύσει "(NI₃NB) καθίζηση, εξασφαλίζοντας μια υπερκορεσμένη μήτρα.
Το Haynes 25 με βάση το κοβάλτιο υποβάλλεται σε διάλυμα ανόπτησης σε ~ 1150 βαθμό για να ομογενοποιήσει τη διανομή χρωμίου και βολφραμίου.
Γήρανση (σκλήρυνση βροχοπτώσεων)
Μετά την ανόπτηση του διαλύματος, η γήρανση περιλαμβάνει τη θέρμανση του κράματος σε χαμηλότερη θερμοκρασία (600-850 βαθμούς) για εκτεταμένες περιόδους (από ώρες σε ημέρες) για να προκαλέσει το σχηματισμό λεπτών, ομοιόμορφα διασκορπισμένων διαμεταλλικών κατακρημνισμών. Αυτά τα ιζήματα (π.χ., -ni₃ (AL, Ti) σε κράματα με βάση το νικέλιο ή φάσεις LAVES σε ορισμένα κράματα με βάση το κοβάλτιο) δρουν ως εμπόδια στο κίνημα εξάρθρωσης, αυξανόμενη δύναμη. Πολλά υπερκράματα χρησιμοποιούν τη γήρανση πολλαπλών βημάτων για βέλτιστα αποτελέσματα:
Το IncoLEL 718 χρησιμοποιεί μια διαδικασία γήρανσης δύο σταδίων: 720 βαθμούς για 8 ώρες (ψύξη σε κλίβανο έως 620 βαθμούς) + 620 βαθμός για 8 ώρες, αέρας, για να σχηματίσουν πυκνά "ιζήματα.
Το René 95, ένα κράμα με βάση το νικέλιο υψηλής αντοχής, είναι ηλικίας 870 βαθμών για 1 ώρα + 650 βαθμό για 24 ώρες για να εξισορροπηθεί η αντοχή και η αντοχή ερπυσμού.
Καυτή ισοστατική πίεση (ισχίο)
Το HIP συνδυάζει υψηλή θερμοκρασία (έως 1200 βαθμούς) και υψηλή πίεση (100-200 MPa) σε αδρανές αέριο (π.χ. αργό) για την εξάλειψη του εσωτερικού πορώδους, των κενών και των ομογενοποιούν τις μικροδομές. Είναι ιδιαίτερα κρίσιμο για τα υπερκράματα χυτοσίδηρο ή σκόνη-μετριοπάθειας, όπως το CMSX-4 (κράμα με βάση το νικέλιο με βάση το νίκη), τη βελτίωση της ζωής της κόπωσης και τη μείωση των αποτυχιών που σχετίζονται με το ελάττωμα σε πτερύγια στροβίλων.
Ανοπτική ανακούφιση από το άγχος
Που εκτελείται μετά τη μηχανική κατεργασία, τη συγκόλληση ή τη διαμόρφωση, αυτή η διαδικασία θερμαίνει το κράμα σε 500-800 βαθμούς για να ανακουφίσει τις υπολειμματικές τάσεις χωρίς να μεταβάλλει την κύρια μικροδομή. Αποτρέπει τη ρωγμή κατά τη διάρκεια της υπηρεσίας, απαραίτητη για εξαρτήματα όπως ακροφύσια πυραύλων ή τμήματα πυρηνικών αντιδραστήρων.
Βελτιστοποίηση μεγέθους κόκκων
Οι θεραπείες θερμότητας μπορούν να ελέγξουν το μέγεθος των κόκκων για να εξισορροπήσουν τις ιδιότητες: οι λεπτές κόκκοι ενισχύουν την αντοχή σε εφελκυσμό χαμηλής θερμοκρασίας, ενώ οι χονδροειδείς κόκκοι βελτιώνουν την αντίσταση της ερπυσμού σε υψηλές θερμοκρασίες. Για παράδειγμα:
Οι δίσκοι του στροβίλου (υπόκεινται σε υψηλή περιστροφική πίεση) χρησιμοποιούν υπερκράματα λεπτών κυμάτων (π.χ. Udimet 720) μέσω ελεγχόμενης ψύξης κατά τη διάρκεια της ανόπτησης.
Τα πτερύγια του στροβίλου (εκτεθειμένες σε ακραία θερμότητα) χρησιμοποιούν συχνά υπερκράματα με χοντροκομμένο ή μονό κρυστάλλιο (π.χ., PWA 1480) για να μεγιστοποιήσουν την αντίσταση ερπυσμού.
Ο καθορισμός του "ισχυρότερου" υπερκύμβου είναι πολύπλοκη επειδή η αντοχή εξαρτάται από το πλαίσιο: η θερμοκρασία, ο τύπος τάσης (εφελκυσμός, ερπυσμός, κόπωση) και οι περιβαλλοντικές συνθήκες (διάβρωση, οξείδωση) παίζουν όλα τους ρόλους. Ωστόσο, πολλά υπερκύρια ξεχωρίζουν για εξαιρετική δύναμη σε συγκεκριμένα σενάρια:
GRX-810
Ένα υπερσύγχρονο υπερκύθοδο με βάση το 3D που αναπτύχθηκε από τη NASA, το GRX-810 παρουσιάζει εξαιρετική δύναμη και ανθεκτικότητα. Είναι διπλάσιο από τα υπερσύγχρονα υπερσύγχρονα υπερσύγχρονα (π.χ. IncoLEL 718) σε υψηλές θερμοκρασίες (~ 1093 βαθμοί) και πάνω από 1.000 φορές πιο ανθεκτική στην ερπυσμό (αργή παραμόρφωση υπό σταθερή τάση). Η αντοχή του προκύπτει από μια μοναδική μικροδομή των ιζημάτων και των οξειδίων της νανοκλίμακας, καθιστώντας το ιδανικό για υπερηχητικά οχήματα και πυραυλικές μηχανές.
René 95
Ένα υπερκράτηση με βάση το νικέλιο που χρησιμοποιείται ευρέως στην αεροδιαστημική, René 95 προσφέρει εξαιρετική αντοχή εφελκυσμού (έως 1.600 MPa σε θερμοκρασία δωματίου) και αντοχή ερπυσμού σε αυξημένες θερμοκρασίες. Η αντοχή του προέρχεται από ένα πυκνό δίκτυο «ιζημάτων, καθιστώντας την κορυφαία επιλογή για εξαρτήματα υψηλής πίεσης όπως δίσκους στροβίλων.
Κράμα 718plus
Μια προηγμένη έκδοση του IncoLEL 718, 718Plus αντικαθιστά "κατακρημνίζεται με πιο σταθερές" φάσεις, ενισχύοντας την αντοχή σε υψηλότερες θερμοκρασίες (έως 700 βαθμούς).
Κράματα με βάση το κοβάλτιο (π.χ. Haynes 188)
Ενώ γενικά λιγότερο ισχυρά από τα κράματα με βάση το νικέλιο σε θερμοκρασία δωματίου, υπερκράματα με βάση το κοβάλτιο όπως Haynes 188 Excel σε αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και αντίσταση οξείδωσης (έως 1.100 βαθμούς). Η δύναμή τους προέρχεται από την ενίσχυση της στερεάς-λύσης από το βολφράμιο και το χρωμίου, καθιστώντας τους κρίσιμες για τους θαλάμους καύσης του κινητήρα.
GRX-810αναφέρεται συχνά ως η ισχυρότερη από την άποψη της αντοχής υψηλής θερμοκρασίας και της αντοχής ερπυσμού, ενώ οι René 95 και 718Plus κυριαρχούν σε θερμοκρασία δωματίου και μέτρια αντοχή σε εφελκυστική θερμοκρασία. Η "ισχυρότερη" ετικέτα εξαρτάται τελικά από τα συγκεκριμένα κριτήρια απόδοσης που απαιτούνται.
