Superlegeringar

Superlegeringar, eller superalloys, är en grupp högtemperaturbeständiga material som behåller styrka och duktilitet vid temperaturer där vanliga legeringar förlorar sina mekaniska egenskaper. Nickelbaserade superlegeringar dominerar marknaden och används ofta i flygplansmotorer och gasturbiner tack vare hög krypstyrka och dragstyrka vid temperaturer upp till cirka 700–900°C, samt god oxidations- och korrosionsbeständighet.

Den viktigaste styrkeförstärkningen uppnås genom precipitation hardening via gamma-prime (Ni3(Al,Ti))-faser som bildas inom gamma-fasen och hindrar dislokationsrörelse. Andra bidragande mekanismer innefattar solid-lösning styrka och karbidbildning. För oxidationsmotstånd bidrar skyddande oxidskikt som bildas tack vare närvaron av aluminium och krom i legeringen.

Indelningen omfattar nickelbaserade, koboltbaserade och järnbaserade superlegeringar. Nickelbaserade varianter används i störst utsträckning, särskilt i motorer och gasturbinapplikationer, ofta i riktad kristallstruktur (single crystal) eller riktad solidifikation för förbättrad krypbeständighet. Tillverkning sker både som gjutna legeringar och som bearbetade material; avancerade processer inkluderar riktad solidifikation och enkelkristallproduktion.

Termiska barriärbeläggningar används ofta tillsammans med superlegeringar för att minska värmeinflöde och oxidation vid höga temperaturer. Exempel på kommersiella nickelbaserade superlegeringar är Inconel, Hastelloy och Haynes-serier samt Rene- och CMSX-sortimenten.

Historiskt utvecklades superlegeringar under 1940–talet och 1950-talet för jetmotorer, och dagens användning sträcker sig till energiproduktion, gasturbin- och kemikalieindustri samt rymd- och försvarsapplikationer.