Tenperatura altuko aleazioari bero-erresistentziako aleazioa ere deitzen zaio. Matrizearen egituraren arabera, materialak hiru kategoriatan bana daitezke: burdinazko nikel-oinarritutakoak eta kromo-oinarritutakoak. Ekoizpen moduaren arabera, deformatutako superaleazioetan eta galdaketako superaleazioetan bana daitezke.
Ezinbesteko lehengaia da aeroespazialaren arloan. Aeroespazial eta hegazkingintzako motorren tenperatura altuko piezaren funtsezko materiala da. Batez ere errekuntza-ganbera, turbina-pala, gida-pala, konpresore eta turbina-diskoa, turbina-kaxa eta beste pieza batzuk fabrikatzeko erabiltzen da. Zerbitzu-tenperatura-tartea 600 ℃ - 1200 ℃ da. Tentsioa eta ingurumen-baldintzak aldatu egiten dira erabilitako piezen arabera. Aleazioaren propietate mekaniko, fisiko eta kimikoei buruzko eskakizun zorrotzak daude. Motorraren errendimenduaren, fidagarritasunaren eta bizitzaren faktore erabakigarria da. Hori dela eta, superaleazioa ikerketa-proiektu nagusietako bat da herrialde garatuetan aeroespazial eta defentsa nazionaleko arloetan.
Superaleazioen aplikazio nagusiak hauek dira:
1. Tenperatura altuko aleazioa errekuntza-ganberarako
Hegazkin-turbina-motorraren errekuntza-ganbera (sugar-hodi gisa ere ezaguna) tenperatura altuko osagai nagusietako bat da. Erregaiaren atomizazioa, olioaren eta gasaren nahasketa eta beste prozesu batzuk errekuntza-ganberan egiten direnez, errekuntza-ganberako tenperatura maximoa 1500 ℃ - 2000 ℃ artekoa izan daiteke, eta errekuntza-ganberako hormaren tenperatura 1100 ℃-koa. Aldi berean, tentsio termikoa eta gasaren tentsioa ere jasaten ditu. Bultzada/pisu erlazio handia duten motor gehienek eraztun-formako errekuntza-ganberak erabiltzen dituzte, luzera laburra eta bero-ahalmen handia dutenak. Errekuntza-ganberako tenperatura maximoa 2000 ℃-ra iristen da, eta hormaren tenperatura 1150 ℃-ra iristen da gas-film edo lurrun bidez hoztu ondoren. Pieza desberdinen arteko tenperatura-gradiente handiek tentsio termikoa sortuko dute, eta hori nabarmen igo eta jaitsiko da lan-egoera aldatzen denean. Materiala kolpe termiko eta neke termikoaren kargaren menpe egongo da, eta distortsioa, pitzadurak eta bestelako akatsak egongo dira. Oro har, errekuntza-ganbera xafla-aleazioz egina dago, eta eskakizun teknikoak honela laburbiltzen dira pieza espezifikoen zerbitzu-baldintzen arabera: oxidazio-erresistentzia eta gas-korrosioarekiko erresistentzia jakin bat du tenperatura altuko aleazioa eta gasa erabiltzean; berehalako eta iraunkortasun handiko erresistentzia, neke termikoaren errendimendua eta hedapen-koefiziente baxua ditu; prozesatzea, konformazioa eta konexioa bermatzeko nahikoa plastizitate eta soldadura-gaitasun ditu; ziklo termikoan antolakuntza-egonkortasun ona du zerbitzu-bizitzan funtzionamendu fidagarria bermatzeko.
a. MA956 aleaziozko laminatu porotsua
Hasierako fasean, laminatu porotsua HS-188 aleaziozko xaflaz egin zen difusio-lotura bidez, argazkiak atera, grabatu, ildaskatu eta zulatu ondoren. Barneko geruza hozte-kanal ideal bihur daiteke diseinu-eskakizunen arabera. Egitura-hozte honek hozte-gas tradizionalaren % 30 baino ez du behar, eta horrek motorraren ziklo termikoaren eraginkortasuna hobetu, errekuntza-ganberako materialaren benetako bero-ahalmena murriztu, pisua murriztu eta bultzada-pisu erlazioa handitu dezake. Gaur egun, oraindik beharrezkoa da teknologia gakoa apurtzea, erabilera praktikoan jarri aurretik. MA956z egindako laminatu porotsua Estatu Batuek aurkeztutako errekuntza-ganberako materialaren belaunaldi berria da, 1300 ℃-tan erabil daitekeena.
b. Zeramikazko konpositeen aplikazioa errekuntza-ganberan
Ameriketako Estatu Batuek 1971tik aurrera hasi dira gas turbinetan zeramika erabiltzearen bideragarritasuna egiaztatzen. 1983an, Estatu Batuetan material aurreratuen garapenean diharduten talde batzuek errendimendu-adierazle sorta bat formulatu zuten hegazkin aurreratuetan erabiltzen diren gas turbinetarako. Adierazle horiek hauek dira: turbinaren sarrerako tenperatura 2200 ℃-ra igotzea; kalkulu kimikoaren errekuntza-egoeran funtzionatzea; pieza hauei aplikatzen zaien dentsitatea 8g/cm3-tik 5g/cm3-ra murriztea; osagaien hoztea bertan behera uztea. Baldintza horiek betetzeko, aztertutako materialen artean daude grafitoa, metalezko matrizea, zeramikazko matrize konposatuak eta konposatu intermetalikoak, fase bakarreko zeramikaz gain. Zeramikazko matrize konposatuek (CMC) abantaila hauek dituzte:
Zeramikazko materialaren hedapen-koefizientea nikel-oinarritutako aleazioena baino askoz txikiagoa da, eta estaldura erraz kentzen da. Tarteko metal-feltroarekin zeramikazko konpositeak egiteak malutatze-akatsa gainditu dezake, eta hori da errekuntza-ganberako materialen garapen-norabidea. Material hau % 10 - % 20 hozte-airearekin erabil daiteke, eta metalezko atzeko isolamenduaren tenperatura 800 ℃ ingurukoa baino ez da, eta beroa jasaten duen tenperatura askoz txikiagoa da hozte dibergentearen eta film-hoztearena baino. B1900 superaleaziozko + zeramikazko estaldura babes-teila galdatua V2500 motorrean erabiltzen da, eta garapen-norabidea B1900 (zeramikazko estaldurarekin) teila SiC-oinarritutako konpositearekin edo oxidazioaren aurkako C/C konpositearekin ordezkatzea da. Zeramikazko matrize konpositea motorraren errekuntza-ganberaren garapen-materiala da, 15-20ko bultzada-pisu erlazioarekin, eta bere zerbitzu-tenperatura 1538 ℃ - 1650 ℃ da. Sugar-hodirako, horma flotagarrirako eta erregailu ostekoetarako erabiltzen da.
2. Turbinarako tenperatura altuko aleazioa
Aeronautika-motorraren turbina-pala da airenautika-motorrean tenperatura-karga handiena eta lan-ingurunerik txarrena jasaten duen osagaietako bat. Tenperatura altuetan tentsio oso handiak eta konplexuak jasan behar ditu, beraz, bere materialen eskakizunak oso zorrotzak dira. Aeronautika-motorraren turbina-paletarako superaleazioak honela banatzen dira:
a. Gidarako tenperatura altuko aleazioa
Deflektoreak turbina motorraren beroak gehien eragiten dien ataletako bat da. Errekuntza-ganberan errekuntza irregularra gertatzen denean, lehen faseko gida-palaren berotze-karga handia da, eta hori da gida-palaren kalteen arrazoi nagusia. Bere zerbitzu-tenperatura turbina-palarena baino 100 ℃ altuagoa da gutxi gorabehera. Aldea da atal estatikoak ez daudela karga mekanikoaren menpe. Normalean, tentsio termikoa, distortsioa, neke termikoaren pitzadurak eta erredura lokalak sor daitezke tenperatura-aldaketa azkarren ondorioz. Gida-palaren aleazioak propietate hauek izan behar ditu: tenperatura altuetan erresistentzia nahikoa, arrastatze-errendimendu iraunkorra eta neke termikoaren errendimendu ona, oxidazio-erresistentzia eta korrosio termikoaren errendimendu handia, tentsio termikoaren eta bibrazioen erresistentzia, tolestura-deformazio gaitasuna, moldeaketa-prozesuko errendimendu eta soldadura-gaitasun ona, eta estalduraren babes-errendimendua.
Gaur egun, bultzada/pisu erlazio handiko motor aurreratu gehienek pala hutsak erabiltzen dituzte, eta nikel oinarritutako superaleazio norabidedunak eta kristal bakarrekoak hautatzen dira. Bultzada-pisu erlazio handiko motorrak 1650 ℃ - 1930 ℃ arteko tenperatura altua du eta isolamendu termikoko estaldura batekin babestu behar da. Hozte eta estalduraren babes baldintzetan, palaren aleazioaren zerbitzu-tenperatura 1100 ℃ baino handiagoa da, eta horrek etorkizunean gida-palaren materialaren tenperatura-dentsitatearen kostuari buruzko eskakizun berriak eta handiagoak dakartza.
b. Turbina-paletarako superaleazioak
Turbina-palak dira aeromotorren biraketa-atal bero-eramaile nagusiak. Haien funtzionamendu-tenperatura gida-palek baino 50 ℃ - 100 ℃ baxuagoa da. Biraketan tentsio zentrifugo handia, bibrazio-tentsioa, tentsio termikoa, aire-fluxuaren higadura eta beste efektu batzuk jasaten dituzte, eta lan-baldintzak eskasak dira. Motorraren mutur beroaren osagaien zerbitzu-bizitza, bultzada/pisu erlazio handia dutenean, 2000 ordu baino gehiagokoa da. Beraz, turbina-palen aleazioak irristatze-erresistentzia eta haustura-erresistentzia handia izan behar ditu zerbitzu-tenperaturan, tenperatura altu eta ertaineko propietate integral onak, hala nola ziklo altu eta baxuko nekea, neke hotza eta beroa, plastizitate eta inpaktu-gogorra nahikoa, eta koska-sentsibilitatea; oxidazio-erresistentzia eta korrosio-erresistentzia handia; eroankortasun termiko ona eta hedapen linealaren koefiziente baxua; galdaketa-prozesuaren errendimendu ona; epe luzerako egitura-egonkortasun, ez da TCP fasearen prezipitaziorik izango zerbitzu-tenperaturan. Aplikatutako aleazioak lau etapa igarotzen ditu; Deformatutako aleazioen aplikazioen artean, GH4033, GH4143, GH4118, etab. daude; Moldeatzeko aleazioen aplikazioen artean daude K403, K417, K418, K405, norabidez solidotutako urrea DZ4, DZ22, kristal bakarreko aleazioak DD3, DD8, PW1484, etab. Gaur egun, kristal bakarreko aleazioen hirugarren belaunaldira iritsi da. Txinako DD3 eta DD8 kristal bakarreko aleazioak, hurrenez hurren, Txinako turbinetan, turbofan motorretan, helikopteroetan eta itsasontzietako motorretan erabiltzen dira.
3. Turbina-diskorako tenperatura altuko aleazioa
Turbina-diskoa turbina-motorraren errodamendu-pieza birakaririk tentsio handiena jasaten duen zatia da. Motorraren gurpil-hegalaren lan-tenperatura, 8 eta 10eko bultzada-pisu erlazioarekin, 650 ℃ eta 750 ℃ artekoa da, eta gurpil-erdigunearen tenperatura 300 ℃ ingurukoa da, tenperatura-alde handiarekin. Biraketa normalean, pala abiadura handian birarazten du eta indar zentrifugo, tentsio termiko eta bibrazio-tentsio maximoak jasaten ditu. Abiarazte eta geldialdi bakoitza ziklo bat da, gurpil-erdigunea. Eztarria, ildaska-hondoa eta ertza guztiek tentsio konposatu desberdinak jasaten dituzte. Aleazioak etekin-erresistentzia handiena, inpaktu-gogorra eta koska-sentsibilitaterik ez izan behar ditu zerbitzu-tenperaturan; hedapen-koefiziente lineal baxua; oxidazio- eta korrosio-erresistentzia jakin bat; ebaketa-errendimendu ona.
4. Aeroespazioko superaleazioa
Suziri likidoaren motorrean superaleazioa errekuntza-ganberaren erregai-injektorearen panel gisa erabiltzen da bultzada-ganberan; turbina-ponparen ukondoa, brida, grafitozko lema-lotura, etab. Suziri likidoaren motorrean tenperatura altuko aleazioa erregai-ganberaren injektorearen panel gisa erabiltzen da bultzada-ganberan; turbina-ponparen ukondoa, brida, grafitozko lema-lotura, etab. GH4169 turbina-errotorearen, ardatzaren, ardatz-mahukaren, lotura eta beste errodamendu-pieza garrantzitsuen material gisa erabiltzen da.
Amerikako likido-kohete motorraren turbina-errotorearen materialek batez ere sarrera-hodia, turbina-pala eta diskoa dituzte. GH1131 aleazioa gehienbat Txinan erabiltzen da, eta turbina-pala funtzionamendu-tenperaturaren araberakoa da. Inconel x, Alloy713c, Astroloy eta Mar-M246 bata bestearen atzetik erabili behar dira; gurpil-diskoen materialen artean Inconel 718, Waspaloy eta abar daude. GH4169 eta GH4141 turbina integralak gehienbat erabiltzen dira, eta GH2038A motorraren ardatzerako erabiltzen da.