Mezi materiály, které si dokážou zachovat jemnozrnnou-strukturu při vysokých teplotách, patří především mikrolegovaná ocel obsahující Ti, Nb a V; ocel z práškové metalurgie; žáruvzdorné slitiny (jako je Inconel 718); a kompozity s keramickou matricí. Tyto materiály účinně potlačují hrubnutí zrn při vysokých teplotách prostřednictvím vlastností precipitovaných fází, které spojují hranice zrn, nebo jejich vlastní absence struktury zrn.
1. Mikrolegovaná ocel (hlavní výběr)
Ocel obsahující Ti- (např. H13+Ti): Ti tvoří vysoce stabilní TiC, který je pod 1200° téměř nerozpustný, spojuje hranice zrn po dlouhou dobu a vykazuje největší odolnost vůči růstu zrn;
Ocel obsahující Nb-(např. H13+Nb): NbC se dynamicky sráží během rekrystalizace, čímž zabraňuje pohlcování zrn a je vhodný pro podmínky kolísání teploty;
Ocel obsahující V-(např. H13+V): VC stabilně existuje v rozsahu 600–900 stupňů a poskytuje mírnou sílu přichycení při nižších nákladech.
Mechanismus: Zenerův jev přichycení – jemné, rozptýlené částice druhé-fázové fáze fyzicky brání migraci hranic zrn.
2. Inherentně jemná-zrnitá ocel
Al-Killed H13: AlN se generuje prostřednictvím deoxidace Al, která spojuje hranice zrn v raných fázích ohřevu, aby se zabránilo nadměrnému růstu zrn austenitu;
Jemně zrnitý 4Cr5MoSiV1: Dezoxidace a rychlost ochlazování jsou během procesu tavení řízeny, aby byla zajištěna jemná a jednotná původní mikrostruktura (velikost zrna 5–8).
Vlastnosti: Vysoká nákladová-efektivita, vhodné pro výrobu nových forem, není třeba přidávat drahé slitiny.
3. Ocel práškovou metalurgií (špičkové-aplikace)
PM-H13: Využívá technologii práškové metalurgie, dosahuje původní velikosti zrna 8–10, s extrémně rovnoměrným rozložením karbidů, vykazuje mnohem lepší odolnost proti vysokoteplotnímu hrubnutí ve srovnání s tradičními ocelmi;
ASP-23: Rychlořezná ocel s vysokým obsahem V a Mo, s ultrajemnou mikrostrukturou a velkým množstvím rozptýlených karbidů, vykazující vynikající odolnost vůči vysokým teplotám.
Výhody: Dobrá izotropie, únavová životnost je o více než 30 % vyšší než u tradiční oceli, vhodná pro přesné formy v lékařských, optických a jiných oborech.
4. Tepelně-slitiny (ultra-vysokoteplotní aplikace)
|
Materiál |
Maximální provozní teplota |
Mechanismus zadržení jemného zrna |
|
Inconel 718 |
1100 stupňů |
Posilování disperze fáze (Ni3Al), inhibuje migraci hranic zrn |
|
Haynes 230 |
1150 stupňů |
Zpevnění tuhého roztoku + precipitace karbidů, vynikající odolnost proti tečení |
|
Stellit 6 |
1000 stupňů |
Podpora karbidové sítě, silná stabilita mikrostruktury |
Poznámka: Vysoká cena, obtížné zpracování, obvykle se používá pro částečnou výměnu kritických součástí.
5. Ceramic Matrix Composites (Frontier Direction)
SiC/SiC, Al₂O3/ZrO₂: Tyto kompozity nemají strukturu kovových zrn, odolávají teplotám nad 1400 stupňů a nevykazují téměř žádnou tepelnou deformaci.
Použití: Používá se jako součásti odolné proti opotřebení-, jako jsou vložky trysek a děliče toku, v kombinaci s kovovými matricemi.
Trend: Rozšíření z letectví a kosmonautiky do špičkové{0}}výroby forem, což představuje budoucí směr vývoje.
