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

1. Độ ổn định nhiệt độ cao tuyệt vời

Duy trì độ bền ở nhiệt độ cao: Ngay cả trong môi trường nhiệt độ cao trên 600°C, nó vẫn duy trì độ bền kéo, độ bền chảy và độ bền mỏi cao, đồng thời không bị mềm nhanh khi nhiệt độ tăng. Ví dụ, siêu hợp kim gốc niken vẫn duy trì đủ các tính chất cơ học ở nhiệt độ khoảng 1000°C, đáp ứng yêu cầu của các bộ phận quan trọng như cánh tua-bin động cơ.

Khả năng chống biến dạng: Khi chịu ứng suất kéo dài ở nhiệt độ cao, vật liệu thể hiện biến dạng tối thiểu (khả năng chống biến dạng), ngăn ngừa hư hỏng do biến dạng kết cấu chậm. Điều này rất quan trọng đối với các thiết bị như tua-bin 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 tiếp theo 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 nhiệt độ cao có khả năng chống lại các loại khí có tính axit và kiềm (như hydro sunfua và lưu huỳnh đioxit), kim loại nóng chảy và muối, khiến chúng 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 tuyệt vời và độ ổn định cấu trúc

Khả năng gia công: Mặc dù có độ bền cao, hợp kim chịu nhiệt độ cao có thể được tạo 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 cấu trúc 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).

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

4. Phạm vi nhiệt độ rộng, thích hợp cho môi trường khắc nghiệt

Tấm hợp kim có phạm vi nhiệt độ từ nhiệt độ trung bình đến cao (600°C) đến nhiệt độ cực cao (trên 1200°C). Các tấm hợp kim với thành phần khác nhau phù hợp cho 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, đĩa tuabin trong động cơ máy bay phải chịu được cả nhiệt độ cao của khí cháy và lực ly tâm sinh ra do quay tốc độ cao.

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

So với các loại thép chịu nhiệt truyền thống, một số hợp kim chịu nhiệt độ cao (như hợp kim gốc niken và hợp kim gốc titan-nhôm) có mật độ thấp hơn ở cùng hiệu suất nhiệt độ 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 cải thiện hiệu quả năng lượng (ví dụ, sử dụng tấm hợp kim chịu nhiệt độ cao trong nồi hơi nhà máy điện có thể làm tăng nhiệt độ đốt cháy và hiệu quả phát điện).