Hitzebeständige Legierungen, auch Superlegierungen genannt, sind für Industriebereiche und Anwendungstechnikbereiche unter Hochtemperaturbedingungen von großer Bedeutung.
Im Allgemeinen gilt: Je höher der Schmelzpunkt von Metallmaterialien, desto höher ist die Temperaturgrenze, die verwendet werden kann. Dies liegt daran, dass mit zunehmender Temperatur die mechanischen Eigenschaften von Metallwerkstoffen deutlich abnehmen und die Tendenz zur Oxidationskorrosion entsprechend zunimmt. Daher können allgemeine Metallmaterialien über einen längeren Zeitraum nur bei 500 bis 600 Grad betrieben werden. Das Metall, das bei hohen Temperaturen über 700 Grad verarbeitet werden kann, wird im Allgemeinen als hitzebeständige Legierung bezeichnet. „Hitzebeständigkeit“ bedeutet, dass es bei hohen Temperaturen eine ausreichende Festigkeit und gute Oxidationsbeständigkeit beibehalten kann.
Es gibt zwei Möglichkeiten, die Oxidationsbeständigkeit von Stahl zu verbessern: Eine besteht darin, dem Stahl Cr, Si, Al und andere Legierungselemente hinzuzufügen oder eine Cr-, Si- und Al-Legierungsbehandlung auf der Oberfläche des Stahls durchzuführen. Sie können in der oxidierenden Atmosphäre schnell einen dichten Oxidfilm bilden und sich fest auf der Stahloberfläche festsetzen, wodurch die Oxidation wirksam verhindert wird. Die andere besteht darin, durch verschiedene Methoden hochschmelzende Oxide, Karbide, Nitride und andere hochtemperaturbeständige Beschichtungen auf der Stahloberfläche zu bilden.
Es gibt viele Möglichkeiten, die Hochtemperaturfestigkeit von Stahl zu verbessern. Aus chemischer Sicht hinsichtlich Struktur und Eigenschaft gibt es grob zwei Hauptmethoden:
Eine besteht darin, die Bindungskraft zwischen den Atomen im Stahl bei hohen Temperaturen zu erhöhen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Bindungsstärke in Metallen hauptsächlich von der Anzahl ungepaarter Elektronen in Atomen abhängt. Aus dem Periodensystem geht hervor, dass die Metallbindung des Elements VI B im gleichen Zeitraum am stärksten ist. Daher hat die Zugabe von Cr-, Mo- und W-Atomen zum Stahl die beste Wirkung.
Die andere besteht darin, Elemente hinzuzufügen, die verschiedene Karbide oder intermetallische Verbindungen bilden können, um die Stahlmatrix zu stärken. Zu den interstitiellen Verbindungen gehören Karbide, die aus einer Reihe von Übergangsmetallen und Kohlenstoffatomen erzeugt werden. Sie fügen kovalente Bindungskomponenten auf der Basis von Metallbindungen hinzu und weisen daher eine große Härte und einen hohen Schmelzpunkt auf. Durch die Zugabe von W, Mo, V und Nb können beispielsweise WC, W2C, MoC, Mo2C, VC, NbC und andere Karbide erzeugt werden, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit von Stahl erhöht wird.
Neben hitzebeständigen Legierungen auf Eisenbasis können auch hitzebeständige Legierungen auf Nickel-, Molybdän-, Niob- und Wolframbasis durch Legierungsverfahren hergestellt werden. Sie verfügen über gute mechanische Eigenschaften und chemische Stabilität bei hohen Temperaturen. Unter diesen ist die Legierung auf Nickelbasis das beste superhitzebeständige Metallmaterial, und die Matrix in der Struktur ist Ni? Cr? Die feste Lösung der Metallverbindung Co und Ni3Al kann nach der Behandlung bei 1000 bis 1100 Grad verwendet werden.
