Tấm hợp kim chịu nhiệt cao là một loại vật liệu đặc biệt duy trì hiệu suất tuyệt vời trong môi trường nhiệt độ cao. Nó được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ, năng lượng, hóa chất và các lĩnh vực khác. Ưu điểm của nó chủ yếu thể hiện ở các khía cạnh sau:

1. Độ ổn định nhiệt độ cao tuyệt vời

Khả năng duy trì độ bền ở nhiệt độ cao: Ngay cả trong môi trường nhiệt độ cao trên 600°C, vật liệu vẫn duy trì độ bền kéo, độ bền chảy và độ bền mỏi cao, và không bị mềm nhanh khi nhiệt độ tăng. Ví dụ, hợp kim siêu bền gốc niken duy trì các tính chất cơ học cần thiết ở nhiệt độ khoảng 1000°C, đáp ứng các yêu cầu của các bộ phận quan trọng như cánh tuabin động cơ.

Khả năng chống biến dạng dão: Khi chịu ứng suất lâu dài ở nhiệt độ cao, vật liệu thể hiện độ biến dạng tối thiểu (khả năng chống biến dạng dão), ngăn ngừa hư hỏng do biến dạng cấu trúc chậm. Điều này rất quan trọng đối với các thiết bị như tuabin và nồi hơi hoạt động trong môi trường nhiệt độ và áp suất cao.

2. Khả năng chống oxy hóa và ăn mòn tuyệt vời

Khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao: Trong không khí hoặc khí ở nhiệt độ cao, vật liệu tạo thành một lớp màng oxit dày đặc (như Cr₂O₃ hoặc Al₂O₃) trên bề mặt, ngăn chặn sự tấn công của oxy, chống ăn mòn oxy hóa hiệu quả và kéo dài tuổi thọ. Ví dụ, các tấm hợp kim chứa crom và nhôm duy trì khả năng chống oxy hóa tuyệt vời ở nhiệt độ trên 1000°C.

Khả năng chống ăn mòn: Hợp kim chịu nhiệt cao có khả năng chống lại khí axit và kiềm (như hydro sunfua và lưu huỳnh đioxit), kim loại nóng chảy và muối, do đó phù hợp với các môi trường phức tạp như lò phản ứng hóa học, lò đốt chất thải và lò phản ứng hạt nhân.

3. Khả năng gia công và độ ổn định cấu trúc tuyệt vời

Khả năng gia công: Mặc dù có độ bền cao, hợp kim chịu nhiệt độ cao có thể được tạo hình thành nhiều dạng khác nhau, bao gồm tấm và ống, thông qua các quy trình như rèn, cán và hàn, để đáp ứng các yêu cầu thiết kế kết cấu của các thiết bị khác nhau (chẳng hạn như tấm thép chịu nhiệt cho nồi hơi lớn và tấm buồng đốt cho động cơ máy bay).

Tính ổn định vi cấu trúc: Ngay cả khi sử dụng ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, cấu trúc luyện kim bên trong (như pha hợp kim và cấu trúc hạt) khó có thể thay đổi đáng kể. Điều này ngăn ngừa sự suy giảm hiệu suất do suy thoái cấu trúc và đảm bảo hoạt động đáng tin cậy lâu dài của vật liệu.

4. Phạm vi nhiệt độ rộng, phù hợp với môi trường khắc nghiệt

Các tấm hợp kim có phạm vi nhiệt độ từ trung bình cao (600°C) đến cực cao (trên 1200°C). Các tấm hợp kim với thành phần khác nhau phù hợp với các ứng dụng khác nhau: ví dụ, hợp kim gốc sắt phù hợp với nhiệt độ từ 600-800°C, hợp kim gốc niken phù hợp với nhiệt độ từ 800-1200°C, và hợp kim gốc coban có thể được sử dụng ở nhiệt độ cao hơn trong thời gian ngắn.

Chúng có thể chịu được tác động kết hợp của nhiệt độ cao và tải trọng cơ học. Ví dụ, các đĩa tuabin trong động cơ máy bay phải chịu được cả nhiệt độ cao của khí thải và lực ly tâm sinh ra do quay ở tốc độ cao.

5. Tiềm năng giảm trọng lượng và tiết kiệm năng lượng

So với các loại thép chịu nhiệt truyền thống, một số hợp kim chịu nhiệt cao (như hợp kim gốc niken và hợp kim gốc titan-nhôm) có mật độ thấp hơn ở cùng hiệu suất chịu nhiệt cao, góp phần làm giảm trọng lượng thiết bị (ví dụ, giảm trọng lượng kết cấu và mức tiêu thụ năng lượng trong ngành hàng không vũ trụ).

Nhờ khả năng chịu nhiệt và độ bền vượt trội, chúng có thể giảm tần suất bảo trì thiết bị và chi phí thay thế, gián tiếp nâng cao hiệu quả năng lượng (ví dụ, sử dụng tấm hợp kim chịu nhiệt cao trong lò hơi nhà máy điện có thể làm tăng nhiệt độ đốt cháy và hiệu suất phát điện).