سوپرآلیاژها و معرفی آنها
سوپرآلیاژ چیست؟
به طور کلی به آلیاژهایی اطلاق میشود که بر پایه عناصر نیکل، کبالت و آهن-نیکل هستند که با افزودن عناصری نظیر کروم، مولیبدن، تنگستن، نیوبیم و تیتانیم مستحکم میشوند. همچنین به این آلیاژها High performance alloy یا آلیاژهای با عملکردبالا نیز گفته میشود. از لحاظ کاربرد، سوپرآلیاژها به سه دسته تقسیم میشوند: 1-آلیاژهای مقاوم به سایش 2-آلیاژهای مقاوم به خوردگی 3-آلیاژهای با قابلیت سرویسدهی در دمای بالا. این آلیاژها بصورت ریختگی و کار شده سرویسدهی میکنند که بهطور معمول آلیاژهای ریختگی آن دارای میزان بیشتری کربن بوده و بیشتر کاربردهای سایشی دارند. سوپرآلیاژها در جهان از سال 1930 میلادی تاکنون با سیر صعودی قابل توجهی توسعه یافتهاند بهطوریکه با بهروزرسانی ترکیب شیمیایی و بهبود خواص مکانیکی آنها از طریق عملیاتهای بعدی نظیر عملیات حرارتی، بیش از پیش مورد استقبال صنعتگران قرار گرفت. شایان ذکر است که اغلب سوپرآلیاژها میتوانند در دماهایی بیش از Tm 5/0 (نصف دمای ذوبشان) و برخی از آنها حتی در دماهایی نزدیک به نقطه ذوبشان (C ֯ 100 کمتر از نقطه ذوبشان) سرویسدهی کنند. همچنین سوپرآلیاژها را از نظر ریزساختار میتوان به دو دسته تقسیم نمود: 1- سوپرآلیاژهای استحکام یافته از طریق محلول جامد (معمولاً از طریق رسوب کاربیدهایی نظیر MC، M2C، M6C، M23C6 و M7C3 مستحکم میشوند) 2- سوپرآلیاژهای استحکام یافته از طریق رسوب فازهای منظم (́γ و ̎γ). توسعه و گسترش نوع تولید اعم از صفحه، ورق، تیوب، مش، میلگرد، پودر، الکترود و… از سوپرآلیاژها باعث شده صنعتگران بیش از پیش به استفاده از این آلیاژها سوق داده شوند. پیشبینی شده است مصرف سوپرآلیاژهای پایه نیکل در صنایع مختلف تا سال 2023 میلادی حدود دو برابر سال 2017 میلادی شود.
نحوه تولید و تولیدکنندگان
همانطورکه گفته شد، سوپرآلیاژها با هدف بهبود خواص مکانیکی فولادها در دمای بالا از حدود نیم قرن پیش در صنایع هوایی توسعه یافتند. کورههای ذوب تحت خلا اصلیترین راهبرد توسعه سوپرآلیاژها بودند. با استفاده از این کوره میزان ناخالصی ذوب به حداقل رسید و همچنین این اجازه داده شد که عناصر فعالی نظیر: تیتانیوم (Ti) و آلومینیم (Al) به آنها اضافه شود. چرا که این عناصر میل شدیدی به اکسید شدن داشته و سریعاً از ذوب خارج میشوند. همچنین پس از ذوب تحت خلا نیز یک مرحله تصفیهسازی تحت سرباره الکتریکی (Electro Slag Remelting) نیز معمولاً روی شمش اولیه اعمال میشود که مجدداً سبب همگن شدن میشود. همچنین نیاز به تمهیدات خاص شکلدهی برای آلیاژهای کارشده (نظیر نورد و فورج با موتورهای توان بالا)، تمایز تولید آنها را نسبت به دیگر آلیاژها بیشتر نمایان میکند. امروزه تولید آلیاژهای استراتژیک یکی از شاخصههای صنعتی بودن کشورها در تولید فلزات و آلیاژها شناخته میشود. کشورهایی نظیر ایالات متحده امریکا، ژاپن، آلمان و چین اصلیترین تولیدکنندگان سوپرآلیاژها در دنیا هستند. از مهمترین شرکتهای تولید کننده سوپرآلیاژ در دنیا میتوان به:
Haynes international
Stellite
Special metals
VDM metals اشاره کرد.
کاربرد سوپرآلیاژها
بهطورکلی سوپرآلیاژها در کلیه صنایعی که نیاز به سرویسدهی در دمای بالا دارند، مورد استفاده و توجه هستند. برخی از سوپرآلیاژها حتی میتوانند در دماهایی بیش از C ֯ 1000 نیز سرویسدهی کنند. همچنین سوپرآلیاژها مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی داغ ناشی از در معرض بودن گازهای خورنده، دارند. گازهای سولفیدی و اکسیدی ناشی از احتراق در دماهای بالا سبب تخریب برخی از فولادها میشد که با سوپرآلیاژها جایگزین شدند. استفاده از سوپرآلیاژ پایه کبالت Haynes 188 در در محفظه احتراق جنگنده F-15 Eagle سبب شد دمای سرویس آن C֯ 150 افزایش یافته و باعث راندمان سیستم شود. علاوه بر موارد یاد شده از برخی از سوپرآلیاژها در ساخت تجهیزات پزشکی استفاده شد. سوپرآلیاژهای پایه کبالت در کنار برخی از گریدهای آلیاژهای تیتانیومی امروزه در ساخت بسیاری از تجهیزات جراحی و پزشکی مورد استفاده هستند. نمودار زیر میزان مصرف و کاربرد سوپرآلیاژها را در صنایع مختلف بهصورت کمّی نشان میدهد:
چشم انداز
گزارشها حاکی از آن است که در سال 2013 میلادی حدود 300 هزار تن سوپرآلیاژ در جهان تولید شده است که متاسفانه ایران سهمی در این تولید نداشته است. همچنین پیشبینی صنعتگران بر آن است که سوپرآلیاژها در سالیان آینده در صنایع دیگری از قبیل خودروسازی توسعه مییابند. قوانین مربوط به محیط زیست و طول عمر خودروها، سازندههای اتومبیلها و طراحان سیستم اگزوز را به استفاده از آلیاژهای با عملکرد بالا در دستگاههای مدرن سوق داده است. میزان مصرف سوپرآلیاژها در صنایع هوافضا تا پنج سال آینده یک و نیم برابر افزایش خواهد یافت. همچنین امروزه در صنعت استخراج نفت و گاز در ساخت شیرها، پمپها، مخازن و دستگاه تقطیر نفت خام از سوپرآلیاژها استفاده میشود. با توجه به چشم انداز مصرف سوپرآلیاژها در جهان به نظر میرسد تقاضا برای خرید سوپرآلیاژها بین سالیان اخیر تا 2023 افزایش مییابد و کشورهایی که تکنولوژی تولید را در اختیار دارند، پیشرفت چشمگیر اقتصادی و صنعتی خواهند داشت.
توان شرکت در تامین سوپرآلیاژها
با توجه به عدم توجه کافی به صنعت سوپرآلیاژها در کشور و تأمین منابع مالی حتی تحت شرایط فعلی و تحریمها و محدودیتها نباید عاملی بازدارنده باشد. با توجه به مطالب مذکور و توسعه مصرف سوپرآلیاژها در سایر صنایع؛ تهیه و تامین این آلیاژها موردی ضروری به نظر میرسد. خرید و فروش سوپرآلیاژها امروزه در دنیا به یکی از مهمترین مبادلات صنعتی تبدیل شده است. به طوری که اغلب خریداران تمایل به تأمین این مواد از بهترین برندها و تولیدکنندگان دارند. در راستای تحقق این مهم، گروه مهندسی توسعه آلیاژهای نوین برآن است که تهیه و تولید کلیه آلیاژهای با عملکرد بالا و بخصوص سوپرآلیاژها را همراه با استانداردهای لازم (Certificate) و مناسبترین قیمت عهده بگیرد تا که گامی هرچند کوچک در راستای صنعتی شدن ایران عزیز باشد.