Vật liệu có thể duy trì cấu trúc hạt mịn ở nhiệt độ cao chủ yếu bao gồm thép vi hợp kim có chứa Ti, Nb và V; thép luyện kim bột; hợp kim chịu nhiệt-(chẳng hạn như Inconel 718); và vật liệu tổng hợp ma trận gốm. Những vật liệu này có hiệu quả ngăn chặn sự thô hóa của hạt ở nhiệt độ cao thông qua các đặc tính của các pha kết tủa ghim ranh giới hạt hoặc sự vắng mặt của cấu trúc hạt.
1. Thép vi hợp kim (Lựa chọn phổ biến)
Thép chứa Ti-(ví dụ: H13+Ti): Ti tạo thành TiC có độ ổn định cao, gần như không hòa tan ở nhiệt độ dưới 1200 độ , giữ chặt ranh giới hạt trong thời gian dài và thể hiện khả năng chống chịu sự phát triển của hạt mạnh nhất;
Nb-có chứa thép (ví dụ: H13+Nb): NbC kết tủa động trong quá trình kết tinh lại, ngăn ngừa sự nhấn chìm hạt và làm cho nó phù hợp với điều kiện dao động nhiệt độ;
V-có chứa thép (ví dụ: H13+V): VC tồn tại ổn định trong phạm vi 600–900 độ, cung cấp lực ghim vừa phải với chi phí thấp hơn.
Cơ chế: Hiệu ứng ghim Zener – các hạt ở pha thứ hai{0}}phân tán, mịn cản trở sự di chuyển ranh giới hạt về mặt vật lý.
2. Thép hạt mịn-
Al-H13 bị tiêu diệt: AlN được tạo ra thông qua quá trình khử oxy, ghim các ranh giới hạt trong giai đoạn đầu của quá trình nung nóng để ngăn chặn sự phát triển quá mức của hạt austenite;
mịn-4Cr5MoSiV1 dạng hạt: Tốc độ khử oxy và làm nguội được kiểm soát trong quá trình nấu chảy để đảm bảo cấu trúc vi mô ban đầu mịn và đồng nhất (cỡ hạt 5–8).
Đặc điểm: Hiệu quả chi phí-cao, thích hợp cho việc sản xuất khuôn mẫu mới, không cần thêm hợp kim đắt tiền.
3. Thép luyện kim bột (Ứng dụng{1}}cao cấp)
PM-H13: Sử dụng công nghệ luyện kim bột, đạt được kích thước hạt ban đầu từ 8–10, với sự phân bố cacbit cực kỳ đồng đều, thể hiện khả năng chống lại quá trình mài thô ở nhiệt độ-cao vượt trội so với thép truyền thống;
ASP-23: Thép tốc độ-cao, chứa hàm lượng V và Mo cao, có cấu trúc vi mô siêu mịn và lượng cacbua phân tán dồi dào, thể hiện khả năng chịu nhiệt độ cao tuyệt vời.
Ưu điểm: Tính đẳng hướng tốt, tuổi thọ mỏi cao hơn 30% so với thép truyền thống, phù hợp với các khuôn mẫu chính xác trong y tế, quang học và các lĩnh vực khác.
4. Hợp kim chịu nhiệt-(ứng dụng ở nhiệt độ cực cao)
|
Vật liệu |
Nhiệt độ dịch vụ tối đa |
Cơ chế giữ hạt mịn |
|
Inconel 718 |
1100 độ |
' tăng cường phân tán pha (Ni₃Al), ức chế sự di chuyển ranh giới hạt |
|
Haynes 230 |
1150 độ |
Tăng cường dung dịch rắn + kết tủa cacbua, khả năng chống rão tuyệt vời |
|
Vệ tinh 6 |
1000 độ |
Hỗ trợ mạng cacbua, ổn định cấu trúc vi mô mạnh mẽ |
Lưu ý: Giá thành cao, khó gia công, thường được sử dụng để thay thế một phần các bộ phận quan trọng.
5. Vật liệu tổng hợp ma trận gốm (Hướng biên giới)
SiC/SiC, Al₂O₃/ZrO₂: Những vật liệu tổng hợp này không có cấu trúc hạt kim loại, có thể chịu được nhiệt độ trên 1400 độ và hầu như không bị biến dạng nhiệt.
Ứng dụng: Được sử dụng làm các bộ phận chống mài mòn-chẳng hạn như ống lót vòi phun và bộ chia dòng, kết hợp với ma trận kim loại.
Xu hướng: Mở rộng từ ngành hàng không vũ trụ sang sản xuất khuôn mẫu-cao cấp, thể hiện hướng phát triển trong tương lai.
