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 T_m 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.